对“感应电动势”教学一点

对“感应电动势”教学的一点思考摘要：课程标准指出：教科书的内容应重视科学的发生过程。科学过程是科学家群体从事科学活动的智力劳动过程。电磁感应现象的本质是：穿过闭合回路的磁通量发生变化时，在闭合回路中产生感应电动势的现象。由于引起磁通量变化的原因不同，感应电动势产生的机理也不同，可以分为两种：感生电动势和动生电动势。从而认识感应电动势的两种非静电力，即感生电场力和洛伦兹力，它揭示了电磁感应现象的本质，使学生对电磁感应现象的认识上升到了一个新的高度。

关键词：感应电动势感生电动势动生电动势

课程标准指出：教科书的内容应重视科学的发生过程。科学过程是科学家群体从事科学活动的智力劳动过程。笔者通过对“感应电动势”新旧教材的对比发现，新教材较好地落实了课程标准的要求，增加了反电动势、动生电动势和感生电动势的相关内容，使学生对电磁感应现象的认识由现象逐步深入到物理本质。

一、新旧教材的对比

旧教材：《电磁感应现象》主要讲述电磁感应现象的产生，确定感应电动势大小和感应电流方向的一般规律——法拉第电磁感应定律和楞次定律，并分析说明，电磁感应的规律与能量守恒定律相符合。重点研究了感应电动势的大小跟哪些因素有关。没有涉及到感应电动势产生的本质或原理，这对于学生对问题的理解不够深入，也存在着疑惑。

新教材：对电磁感应现象及其本质、规律的阐述分为三个阶段逐步深入。第1节“划时代的发现”，阐述法拉第电磁感应现象的过程；第2节“探究感应电流的产生条件”，通过几个典型实验的探究得出结论；第3节“楞次定律”，通过实验阐述楞次定律的内容，说明楞次定律与右手定则的关系。前3节是从感应电流角度来认识电磁感应现象，这是认识电磁感应现象的第一阶段。第4节“法拉第电磁感应定律”，从感应电流深入到感应电动势来理解电磁感应现象，这是第二个阶段，它的核心内容是法拉第电磁感应定律，增加了反电动势的意义。第5节“电磁感应规律的应用”，介绍了感应电动势的两种非静电力，即感生电场力和洛伦兹力，它揭示了电磁感应现象的本质，这是认识电磁感应现象的第三个阶段，使学生对电磁感应现象的认识上升到了一个新的高度。在《物理选修3-1》中，学生学习了电动势的本质是非静电力移动电荷做功，它是反映电源性能的物理量，继而自然会追问，感应电动势的本质是什么呢？考虑到随时间变化的磁场产生涡旋电场是电磁感应规律的核心内容，也是麦克斯韦电磁场理论基本方程的内容，它鲜明地显示了磁场与电场的联系，教材介绍了感生电动势的本质是涡旋电场力。不过应该注意到，这部分对感生电动势的介绍是粗浅的、形象的，它只要求学生对此有初步的认识即可。教材对动生电动势的本质用洛伦兹力做了具体的分析、说明，在学生学习了洛伦兹力之后，由导线运动切割磁感线产生动生电动势的机理就比较容易理解了。

二、感生电动势和动生电动势

电磁感应现象较为严格的说法应该是：穿过闭合回路的磁通量发生变化时，在闭合回路中产生感应电动势的现象。在电磁感应现象中，由于引起磁通量变化的原因不同，感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量变化而产生感应电动势，这种电动势叫感生电动势；另一种是磁场不变，导体运动引起磁通量变化而产生感应电动势，这种电动势叫动生电动势。两种电动势从能量转化角度来说是不同的，现象特征也不同。

虽然感生电动势与动生电动势的提出涉及到电磁感应的本质问题，但是教科书对此要求并不高，那么教科书为什么要引入感生电动势和动生电动势两个不同的概念呢？原因是，教科书对电动势的概念做了较为深入的分析，该问题的讨论正是为了进一步延续整套教科书关于“通过做功研究能量”的思想，所以，教学的着眼点应该放在感生电场和洛伦兹力的问题上，前者是为学习电磁波做准备，后者是对前面知识的复习。

三、反电动势

反电动势从产生的机理来说也是感应电动势，可能是动生反电动势，也可能是感生反电动势，由于它的作用是产生的电流方向与原电路中的电流方向相反，要抵消原电源电动势的作用，因此叫做反电动势，是从作用效果上划分的。如图，当开关s闭合后，杆ab 受到向右的安培力，在此力的作用下杆ab向右做加速运动，由于

ab切割磁感线运动，因而产生感应电动势e′，根据右手定则，在ab杆上感应电动势e′的方向是从b到a，同电路中的电流方向相反，ab中的感应电动势e′就是反电动势。

设ab长为l，电路总电阻为r，电池电动势为e，磁感应强度为b，ab杆运动速度为v，反电动势e′=blv，电路中的电流，可见反电动势的出现要抵消电源电动势的一部分作用。

电动机中的反电动势：当电动机接通电源后，电动机中的线圈同样切割磁感线而产生感应电动势，由楞次定律可知，感应电动势的方向与令电动机线圈转动的电流方向相反，因此它是电动机运转时的反电动势（电动势的大小与线圈转动的快慢有关），它也会阻碍线圈的转动，如果要使线圈维持一定的转速，就要向电动机提供持续的能量。这正是电能转化为其它形式能的过程。

如果电动机工作中由于机械阻力过大而停止转动，这时没有了反电动势，电阻很小的线圈直接连在电源两端，电流会很大，时间长了很可能把电动机烧坏。所以，如果电动机由于机械故障停转，要立即切断电源，进行检查。