学生F:使用中间有抽头、能改变线圈匝数的现成电磁铁产品。 学生G:临时制作电磁铁线圈,边实验、边绕制。
教师建议:用学生C,D,F提出的方法来组成探究实验的方案。 ●进行实验与收集证据
按照教师的建议,学生分小组进行实验操作:把开关、滑动变阻器、电流表、电磁铁串联起来接到电源上,当滑动变阻器取不同值时测量电流和电磁铁对铁块的吸引力,把测量数据填入下表(表1)。
电流/A 电磁铁对铁块的引力/N
改变线圈匝数,调节滑动变阻器,使电流保持不变,测量不同匝数时电磁铁对铁块的吸引力,把实验数据填入下表(表2)。
匝数 电磁铁对铁块的引力/N ●分析与论证
各个小组从本组实验的表1数据看到,当电磁铁线圈匝数不变、电流逐渐增大时,电磁铁对铁块的吸引力是同步增大的;从表2数据看到,在电流相同的情况下、电磁铁线圈的匝数增加时,电磁铁对铁块的吸引力是同步增大的。由此可以证实:电磁铁的磁性强弱和电磁铁线圈的匝数、通过电磁铁线圈的电流有关,电磁铁线圈的匝数越多、电流越大,磁性越强。
●评估
回顾以上操作,看看有什么不妥的地方:当改变线圈匝数的时候,是否确实做到了线圈中电流和线圈的形状都不变?当测量电磁铁的吸引力时,是否用的是同一个铁块?有没有其他因素影响了实验结果?如果这些因素在实验中都作了充分的考虑,实验的结果应该是可靠的。
21
●交流与合作
各个小组把实验过程和结果写成实验报告,并分别在班上报告本组的实验结果,进行讨论和交流。
修订版新增实例:
例1 什么情况下磁可以生电?
课堂上教师提出:“电流的周围存在着磁场,说明电可以生磁,这就自然会想到,磁是否可以生电?放在磁场中的线圈是否有电流产生?”为寻求问题的答案,教师做演示实验,要学生认真观察。
教师把一根导线悬吊在蹄形磁体的两磁极中间,导线的两端跟电流表连接,然后,让学生观察电流表指针,同学们发现指针没有偏转。
学生通过讨论对上述现象做出解释:观察不到指针示数的变化,可能是因为没有电流,也可能是因为电流太微弱。
为了检验是否是电流太小的原因,教师换用了一个能检测微小电流的灵敏电流表,但是即便用这样的灵敏电流表学生仍未看见电表指针示数的变化。
有学生认为:也许还是因为电流不够大,再换个强磁体试试。教师按照学生的建议,把两个蹄形磁体并在一起,取代了原来的磁体。
在更换磁体时,几个细心的学生叫道“指针动了”,然而令他们失望的是,再仔细观察时指针却停留在零位置不动了。此时,学生中产生了争论:有的说,我分明看到指针动了,有的说,指针不是仍停在零位置上吗?
教师不失时机地启发学生:“在更换磁体时,有同学发现电流表指针动了,这是真的吗?”
学生要求再重复一次更换磁体的操作,看指针是否会动。老师请一名学
22
生试验,经反复操作,发现磁体运动时,电流表指针确实动了,而且,磁体不动、导线运动时,也会产生相似情况。这说明:在一定情况下磁场中的导线可以产生电流。
究竟在什么具体情况下磁场中的导线才能产生电流?学生开始分小组进行自主探究??
评析
本例没有对各个探究要素面面俱到,而是侧重在提出问题,进行实验与收集证据方面发展学生的探究能力。本课之所以选择了上述目标,是由于电磁感应实验的特点,它能为学生的观察和发现提供有利的情景。另外,通过师生交流,学生明确了两点:1. 可以用电流表跟线圈连接来检测线圈中是否有电流; 2. 只有线圈相对磁体运动时才能产生电流。这就为学生接下去的自主探究作了很好的铺垫,使学生能把探究目的集中到“怎样运动才能产生电流”这一主题上,从而能在有限的课堂时间内从容地完成科学探究任务。本例还能使学生体会到严谨的态度和敏锐的观察在科学探究中的重要性。
例2 探究凸透镜成像的规律
课堂上,全班学生分成了12个实验小组,每个小组配一套实验器材,其中有:凸透镜、光屏、发光体各1个(都有支架),刻度尺(长1m)1把。各小组凸透镜的焦距都是15cm,发光体由几个发光二极管组成,形状是一个箭头,高度3cm。
教师让全班同学共同探究凸透镜成像的规律,物距从6cm开始,每增加3cm取一组实验数据,直到39cm,共12组不同物距的数据(见下表)。
教师规定每个小组只测两组数据,不同小组测量不同的物距,使得每组
23
物距的数据都有两个小组测量。教师告知学生,如果反复观测不到发光体的像,便填写“不能成像”,出现无法测到的数据,可以暂时空着,看看能否从已测到的数据中得到一些启发。这样,除了物距为15cm、18cm等个别小组的测量遇到一些困难外,其它小组很快就完成了实验数据的收集工作。表格中所有数据对各小组来说都是共享的,教师要求学生从这些数据中总结出凸透镜成像的规律,这是本次探究活动的重点。
物距/cm像的性质实像的像距/cm实像还是虚像正立还是倒立实像的长度/cm6 9 ? 要发现实验规律,需要对实验数据进行比较,教师提示学生观察表格中像的虚实、正倒、长度、像距四列数据,分别找出其中的规律。
(1). 对比实像和虚像的数据发现:物距小于15cm时成的像都是虚像;物距大于15cm时则成实像。可以推想,物距等于15cm时将不能成像,这就是物距15cm的测量小组无法获得测量结果的原因。
(2). 对比像的正立和倒立的数据发现:物距小于15cm时成的像都是正立的;物距大于15cm时像是倒立的。即,虚像都是正立的,实像都是倒立的。
(3). 比较像的长度数据发现:成虚像时,感到像都被放大了;成实像时,测出的像有时被放大了,有时被缩小了。
进一步对比数据还发现,当物距是30cm时,实像的长度恰好为3cm,跟发光体的长度相同;当物距大于30cm时,实像长度小于3cm,是缩小的;当物距在15cm到30cm之间时,实像长度大于3cm,是放大的。
(4). 比较像距的数据发现:当物距在15cm至30cm之间时,像距大于30cm;当物距大于30cm时,像距在15cm到30cm之间。
24
学生还进一步找到一些规律。例如,在成实像时,如果发光体离焦点越近,像的位置就离凸透镜越远,这就是物距为18cm的测量小组为什么找不到像的原因,因为此时的像距已经非常大了。按这条思路,果真在离凸透镜约90cm的位置上找到了物距18cm发光体的巨大实像。
在发现了一系列规律之后,教师要求各小组用概括的语言来陈述这些规律,为了使规律更有普适性,教师启发学生用焦距f的长度作为物距和像距的单位,即:15cm用f表示,30cm用2f表示。显然,这样陈述的规律更有普适性。
规律的陈述应该是简洁、有条理的,各小组都尝试用最简洁的语言来概括凸透镜成像规律。通过对各种陈述方式的对比,大家认为按物距u的三种情况(u<f、f<u<2f、u>2f)依次描述像的性质最为简洁, 也最有条理。
评析
这是可以在课内进行科学探究的实例。本例根据凸透镜成像的特点,侧重发展学生“进行实验与收集证据”和“分析与论证”的科学探究能力,让学生把主要的精力用于收集实验数据,并对其进行比较和分析,并据此总结出科学规律。本例还采用了分工合作的方式收集实验数据,不仅让学生获得一次合作探究的体验,也节约了时间,保证了本次探究任务能在有限的课堂教学时间内完成。本例是在分析实验数据的基础上来形成结论的,教师有意把收集实验数据和分析实验数据作为两个清晰的不同过程,这有利于加深对科学探究的理解,它使学生具体感受到什么是证据、什么是结论,体验到科学的结论来自于对证据的收集和分析。
两个课内科学探究的实例,尽管内容差别很大,一个是电学的,另一个
25