教科版電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒一節(jié)問題探討

1、教科版電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒一節(jié)問題探討 教科版選修3-2第一章第五節(jié)是關(guān)于電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒的內(nèi)容，教科書通過例題設(shè)置情境并通過問題的解答闡述了能量守恒定律在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用. 筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)教材給出的結(jié)論不嚴(yán)謹(jǐn)，可推廣性不高.筆者認(rèn)為改變所提的問題，會(huì)使其結(jié)論更具推廣性.下面就筆者的體會(huì)進(jìn)行闡述. 例題在圖1中，設(shè)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線ab長(zhǎng)為l，速度為v，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，閉合電路總電阻為r，探究為了保持導(dǎo)線做勻速運(yùn)動(dòng)，外力做的功w外和感應(yīng)電流的電功w電的關(guān)系. 在問題下面教材對(duì)問題進(jìn)行了詳細(xì)的解答，并得到“w外=w電”.然后歸納總結(jié)得到“在電磁感應(yīng)中，產(chǎn)生的電能是通過外力克

2、服安培力做功轉(zhuǎn)化而來的，外力做了多少功，就有多少電能產(chǎn)生，而這些電能又通過感應(yīng)電流做功，轉(zhuǎn)化為其它形式的能量”的結(jié)論. 筆者認(rèn)為，雖然教科書是為了證明“能量守恒在電磁感應(yīng)中成立”這一結(jié)論，但其所得到的結(jié)論必須符合例題的情景才能使用，不具有推廣性.并且如此布局，容易在以下幾個(gè)方面的誤導(dǎo)讀者，導(dǎo)致讀者理解困難. 誤導(dǎo)一容易得到“電磁感應(yīng)中，產(chǎn)生的電能都是通過外力克服安培力做功得到的”. 辨析一實(shí)際上，電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有兩種方式，即動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)兩種，這里解釋了動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的情景，感生電動(dòng)勢(shì)能量的產(chǎn)生并不是由外力克服安培力做功而產(chǎn)生的. 誤導(dǎo)二容易得到“外力做了多少功，就克服安培力做了多

3、少功”的結(jié)論. 辨析二外力做了多少功，就克服安培力做了多少功的前提是導(dǎo)體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，否則，從能量守恒與轉(zhuǎn)化角度分析，外力做的功等于克服安培力做的功和動(dòng)能的變化之和. 誤導(dǎo)三容易得到“導(dǎo)體棒產(chǎn)生多少電能，就一定等于內(nèi)阻消耗的內(nèi)能”的結(jié)論. 辨析三只有在純電阻時(shí)產(chǎn)生多少電能才全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.否者導(dǎo)體棒產(chǎn)生的電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為其它形式的能量. 模糊不清的方面：本文未能清楚給出“克服安培力做功等于產(chǎn)生的電能”這個(gè)關(guān)系. 教材在解答中未明確給出安培力做功的大小與產(chǎn)生的電能相等這一關(guān)系式，雖然證明w外=w電中涉及到了這個(gè)結(jié)論，但并沒有明確給出這一個(gè)結(jié)論. 教材中所得到的結(jié)論僅僅是題目

4、情境所得到的，不具有推廣性，僅僅是為了給出電磁感應(yīng)中能量守恒這一個(gè)觀點(diǎn)，并不具備指導(dǎo)性.建議在原題目的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定的修改，使主線更明確.修改的方法很多，筆者簡(jiǎn)單嘗試了對(duì)題目問題進(jìn)行修改，將題目的單一問題更改為三個(gè)問題： （1）求解產(chǎn)生電能w電與克服安培力w克安的關(guān)系？ （2）求解克服安培力w克安與外力w外做功的關(guān)系？ （3）求解外力做的功w外和感應(yīng)電流的電功w電的關(guān)系？ 筆者認(rèn)為這三個(gè)問題的梯度性更明顯一點(diǎn)，回答這三個(gè)問題能理順本節(jié)的脈絡(luò). 通過第一個(gè)問的回答能夠證明產(chǎn)生的電能和外力克服安培力做功相等這個(gè)結(jié)論，第二個(gè)問題解答中，首先點(diǎn)明之所以外力做功等于克服安培力做功，是由于導(dǎo)體棒在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如果不是勻速直線運(yùn)動(dòng)，并不能得出這個(gè)結(jié)論，再進(jìn)行計(jì)算，保留第三個(gè)問，目的是為