磁力线观点的国电磁学教学设计.docVIP

PAGE PAGE 4 磁力線觀點的國中電磁學教學設計 林瑞文 高雄市立左營國民中學 TEL:(07)5820052.0929173883 FAX:(07)5852495 E-mail:elelim@.tw 摘 要 在現行國中理化課本的電磁學部份多只介紹電磁現象而不加解釋，造成學生對諸多電磁現象知其然而不知其所以然，教師在教學時也常感困擾，本教學設計即中以學生在小學學過的磁鐵磁力線為基礎，以一連串POE實驗漸次引導學生用磁鐵磁力線的交互作用來理解軟鐵磁化、電磁鐵等電磁現象，教學的設計精神首重學生觀察、推理能力的培養，及所學過的知識來解釋新的實驗現象的能力。本課程之實驗多為現行國中教材所涉及的範圍，故可作為教師教學時之輔助教材。 關鍵詞：教學設計、磁力線、POE實驗 壹、前言： 電磁學是自然科學重要的一支，其發展對現代生活有深遠的影響，磁鐵更是許多小朋友奇特而有趣的玩具，即使到了國中，許多學生拿到磁鐵，還是忍不住把玩一番。在教學上，磁極的兩極常拿電性正負作為類比，但有意思的是磁場可以用鐵粉或磁針構成的磁力線磁圖來具體顯現，這對學生而言這是很新鮮的事，許多國三學生雖早在課本中看過直流導線所形成的圓形磁力線圖，一旦真的在實驗室做出來了，還是很興奮，可惜的是，學生感到興趣的東西，在教科書編輯委員的眼中卻並不一定如此。 現行國民小學自然課程中即已初步介紹磁力線，而國民中學理化第三冊第十二章「電流與磁」中也談到磁力線，內容是討論磁鐵磁力線疏密程度代表磁場強弱及觀察電流磁效應產生的磁力線為封閉的同心圓，課文中還強調磁力線的其他性質將在高中課程中詳述，所以不再延伸，故綜觀整個國中理化電磁學的課程設計是儘量以不涉及磁力線的方式陳述電磁現象，其結果卻造成電磁學部份的教學只能一味觀察現象，教師若想對現象稍加解釋或引導同學思考現象的緣由，必是困難重重。本課程設計的要旨是以POE實驗為主軸，讓學生由基本且可觀察到磁力線為學習出發點，從最簡單的磁鐵磁力線開始，經一連串實驗的設計讓學生以磁力線的變化探索並理解電磁現象。 貳、實驗課程設計 實驗一：萬流歸宗─單一磁鐵的磁力線 學習目標：觀察磁鐵磁力線分佈情形並明白磁力線疏密程度代表磁場強度強弱 流程：1.以鐵粉觀察磁鐵的磁力線，並繪製其磁圖。 2.同學討論為何有磁圖出現，此和指北針在磁鐵四周的偏轉有無關係？最後教師指導說明磁力線的意義和方向的規定。 3.以磁鐵吸附一堆迴紋針讓學生推論磁力線密度和磁場強弱的關係。 打通任督二脈(教師參考)：除了觀察磁圖外，本實驗重點放在讓學生思考「為何鐵粉會構成磁圖？」，指北針就是幫助理解的鷹架，學生能理解磁力線的成因後也可以進行屬於「選修」性質的「補充包」活動。 補充包：討論磁力線兩項性質─「磁力線為封閉的平滑曲線」、「在穩定的磁場中，磁力線必不相交」 「磁力線為封閉的平滑曲線」：採取「反證法」，如圖一所示，在磁場的任一點放置一磁針，磁針N極的指向是磁力線(曲線)的切線方向，如果磁力線在某處斷裂，因為斷點沒有切線，那在斷裂處所放置的磁針將「無處可指」，在實驗中磁針在各處都可指向固定方向，所以磁力線必為連續線，沒有斷裂；同理，若磁力線不是平滑曲線，而有一定的角度，如90度，那在角的位置也會發生上述「磁針無處可指」的情形，所以說磁力線必是封閉的平滑曲線。 圖一 如果磁力線斷裂的情形 圖二 如果磁力線相交的情形 「在穩定的磁場中，磁力線必不相交」：假設如圖二所示，兩磁力線相交於一點，那位於交 點的磁針就有兩個切線方向，當然在現實中磁針不可能在兩方向中擺動，而是指向固定方向，所以說磁力線相交是不會發生的事。 實驗二：聚散依依掌─兩磁鐵吸、斥時之磁力線 學習目標：認識磁極相吸或相斥時磁力線的分佈情形 流程：觀察以兩支棒狀磁鐵在互吸及互斥時磁力線的分佈，並將繪製其磁圖，之後再以兩支U型磁鐵進行同樣的實驗。 打通任督二脈：本實驗要旨在讓學生認識兩磁極相吸時的磁力線是「你儂我儂」，而相斥時磁力線是呈「井水不犯河水」的態勢，此點在往後的討論中非常重要，須引導學生充分理解。 實驗三：化功大法─以磁力線探索軟鐵被磁化之程度 學習目標：了解通過軟鐵的磁力線愈密集，軟鐵被磁化的程度愈高 流程：拿一軟鐵片，分別放在棒狀磁鐵的右側2cm及5cm處，如圖三的方框所示之位置，讓學生討論軟鐵被磁化的程度和所處位置磁力線的密度有何關係。 打通任督二脈：本實驗要讓學生明白，通過軟鐵的磁力線愈多，軟鐵的磁性愈強。 圖三 不同位置的軟鐵被磁化的程度不同 圖四 右側磁鐵向左靠有何影響？ 實驗四：力拔山河拳─以磁力線的變化探索磁鐵吸附迴紋針多寡之原因 學習目標：了解磁鐵通