高中物理教学实施导航：电磁感应的发现与科学精神

《标准》指出：“电磁感应现象展示了不同运动形式之间的联系，同时也为电能的大规模应用奠定了物理学的基础；交变电流是生活和生产中最常用到的电流；传感器则是生活和生产中各种测量、控制所不可缺少的元器件。学习这些内容时要同样重视它们的理论意义和实践意义。”

本模块内容的特点是：第一，具有较强的理论意义。电磁感应规律是物理学发展史中划时代的伟大发现，它进一步揭示了电与磁之间舶内在联系，是具有里程碑意义的重大发现。第二，具有较强的社会意义。电磁感应规律的研究和交流电的使用，使人类社会进入了电气化时代，电能已成为今天人类生活、生产和科技发展所应用的主要能量形式。现代信息技术的三大支柱是信息的获取、传递与处理，传感器则是获取信息的主要渠道之一，为此，我国与所有发达国家都在致力于研究发展传感器技术。第三，实践性较强。本模块的大部分内容都要求通过实验、探究与活动来展现。应让学生尽可能多经历一些科学探究的过程，领悟物理学研究的思想与方法。

本模块有以下三个二级主题：

·电磁感应

·交变电流

·传感器

（一）电磁感应

1.收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。

首先，《标准》要求学生从图书馆或互联网上收集有关物理学史的资料，了解发现电磁感应现象的过程，从科学家艰苦探究的生动事例中，受到情感态度与价值观的熏陶。例如，自1821年奥斯特发现了“电生磁”现象后，许多科学家几乎同时在寻找“磁生电”的途径，包括欧姆、科拉顿、法拉第在内的许多著名科学家都做了艰苦的探索，但大多数人都与“磁生电”现象失之交臂，直至1931年法拉第发现了电磁感应现象。通过这些资料，让学生体会到科学的道路是崎岖曲折的，只有不畏艰辛、勇于攀登的人才能获得最后的胜利，以培养学生热爱科学、尊重科学、实事求是的科学态度和科学精神。

2.通过实验，理解感应电流的产生条件。举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。

本主题的第一点要求属“理解“水平。《标准》要求在初中学习电磁感应的基础上，通过实验或探究，理解产生感应电流的一般条件（初中的描述是闭合电路的一部分导体在做切割磁感线运动），要求能与磁通量等物理概念建立联系，要能在收集实验信息的基础上，获取证据，并通过分析、推理、判断等，归纳得出获得感应电流的一般条件。这些要求需要通过实验过程完成，所以本主题的教学一定要安排实验，最好是进行实验探究，让学生在实验过程中获取知识，发展实验探究能力。要注意初、高中的两种关于产生感应电流的描述方式是等效的，是同一问题的两种表达。应从能量的观点来分析电磁感应现象。

高中学生还应理解电磁感应中不一定都有感应电流产生，如果电路不闭合就没有感应电流，但有感应电动势产生。

《标准》的第二点要求属“了解”水平。电磁感应的应用十分广泛，应让学生通过活动，自己进行调查或从互联网、科技图书中收集有关的资料，从实际的应用中去建立电磁感应与社会应用的紧密关联。活动1给出的一些事例可供教学时参考。

3.通过探究，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。

本主题是关于电磁感应规律的研究。标准有两点要求，第一点是“通过探究，理解楞次定律”，属“理解”水平。楞次定律是判断感应电流方向的规律，标准要求通过科学探究（主要是用实验方法探究）使学生自主归纳，得出结论，并能在具体的问题情境中，应用楞次定律分析判断感应电流的方向。学生应经历从实验观察到抽象归纳得出理论的过程，体验物理学的规律是怎样得出来的。学生还应知道楞次定律与右手定则的联系，并能用能量的观点分析楞次定律。

本主题的第二点要求是“理解法拉第电磁感应定律”，属知识与技能目标的“理解”水平。由于高中阶段电磁感应定律的定量实验很难做成，因而《标准》没有要求通过实验来探究，但应通过定性的实验让学生观察磁通量变化的快慢是影响感应电动势大小的主要因素，从而直接给出法拉第电磁感应定律和公式。要求学生能应用电磁感应定律解释一些生活和技术中的现象，要会用电磁感应定律计算有关问题。

《标准》的例1对本主题作了说明，即从力和能的观点分析电动机运转时产生反电动势的现象，以加深对电磁感应的理解，提高学生应用物理知识分析问题的能力。

4.通过实验，了解自感现象和涡流现象。举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。

本主题的第一点要求是“通过实验，了解自感现象和涡流现象”，属“了解”水平。自感和涡流现象是常见的电磁感应现象，《标准》要求学生通过实验来了解自感和涡流现象，知道是由于电流变化在自身电路或邻近电路中产生的电磁感应现象即可，是否要出现自感系数和自感电动势的公式，应根据学生的情况决定。

本主题的第二点要求属“了解”水平。学生应举例说明生活和生产中的自感现象和涡流现象，不须详细了解其结构原理。同时应知道生活与技术中是怎样应用自感与涡流现象的，又是怎样避免其负面影响的。《标准》中例1和例2分别给出了生活中应用自感现象和涡流现象的实例，可结合教学实际自行安排。

（二）交变电流

1.知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流。

本主题的前者属“了解”水平，后者属“独立操作”水平。学生应能应用电磁感应原理，了解交流发电机产生交变电流的过程，知道正弦交流电的大小和方向随时间作周期性变化。(www.xing528.com)

《标准》要求学生能根据交流电的特征，会用函数表达式和图像来描述交变电流，知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系。知道描述交变电流的还有周期与频率，知道我国供电线路交变电流的周期与频率。是否要了解交变电流的相位与相位差，应根据学生的实际情况确定。

《标准》中例1提出用示波器观察交变电流的波形，旨在增进学生对交变电流的认识，建议尽可能将示波器引入本模块的教学中。

2.通过实验，了解电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用。

本主题属“了解”水平。要求用实验的方法，了解电容器在电路中起隔断直流，导通交变电流的作用；定性了解电容器对交变电流有阻碍作用，知道电容越大其阻碍作用就越小。

同样，《标准》要求用实验的方法，了解电感器在电路中对稳恒直流的导通作用，也能通过交变电流；定性了解电感器对交流有阻碍作用，知道电感越大其阻碍作用就越大。

《标准》中例2给出了一种实验方案，供教学时参考，也可用示波器观察。

是否要引入感抗与容抗，应根据教学的实际情况决定。

3.通过实验，探究变压器电压与匝数的关系。

本主题的要求是通过实验，探究变压器的电压与匝数的关系，从知识目标看属“理解”水平，从体验性目标看，属“经历”水平。学生应能应用电磁感应的知识分析变压器的原理。要通过学生自己设计实验，探究变压器的电压与匝数的关系。《标准》只要求知道理想变压器，但要能用能量的观点分析实际变压器中有哪些能量损耗。知道生活和生产中常见的变压器及其作用。

4.了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理。

本主题属“了解”水平。应通过参观当地的输配电线路、查询资料、专家访谈等活动，了解从“发电站——变电站——住宅”的输配电的全过程，也可了解其中的部分过程；能画出发电、输电、用电的流程图。

《标准》要求通过实验和理论分析，使学生认识远距离输电时，采用高电压输电可减小输电线上的电能损失，知道输电线上的电能损耗与输送电压的关系。

《标准》的例4和活动建议对本主题作了进一步解释，即要求学生关注我国电力工业的发展情况，要通过调查，具体了解我国或所在省市、地区的电力（发电和高压输电）发展与规划、居民用电和生产用电的发展变化，写出调查报告，使他们能感受到我国社会主义现代化建设的伟大成就。

（三）传感器

1.知道非电学量转换成电学量的技术意义。

本主题属“了解”水平。学生应知道在现代信息技术与自动控制中为什么要将非电学量转换成电学量，了解电学量便于控制、便于处理（放大、衰减和波型整理等）、便于显示和储存、也便于远距离传输等技术方面的优点。尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化。所以科学技术中常把非电学量转换成电学量进行信息收集。

本主题的内容应通过具体的事例或实验来呈现。

2.通过实验，知道常见传感器的工作原理。

本主题要求通过实验，了解常见传感器的工作原理，属“了解”水平。学生应知道传感器是由敏感元件、电子线路与控制线路等组成的。教学中可用学生所熟悉的热敏电阻、光敏电阻、驻极式话筒等常用元器件做实验，了解传感器是怎样把非电学量转换为电学量的，又是怎样用到技术中，实现信息的采集或自动控制的。本主题重在通过实验来探究传感器的工作原理，以拓展学生的思维，培养创新意识，不宜讲过多的技术细节。

《标准》中例2与活动建议（2），对本主题的要求作了进一步说明。可通过课外活动或家庭活动等方式，让学生合作设计并组装简单的利用传感器进行自动控制的装置，由于制作实际应用的传感器控制装置要涉及电子学等多方面的知识与技能，这里提倡将教材与教学过程设计得更开放些，可让学生根据制作的需要，通过自学等方式，学习与拓展相关的知识与技能。

3.列举传感器在生活和生产中的应用。

本主题属“了解”水平。由于传感器在生活、生产与技术中的应用十分广泛，应让学生通过调查或从互联网、图书馆查阅有关的资料，认识到传感器并不神秘，例如能列举生活中的各种遥控装置中有传感器：电饭煲中有传感器、磁卡用到传感器、自动售货机中也有传感器等。活动建议（1）对本主题要求作了解释，要求对生活中的某一种传感器的工作原理、技术意义、经济效益进行调查分析，其目的是进一步加深对传感器的了解，引导学生关注物理与生活、技术与社会发展的紧密联系，渗透STS思想。