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探究自感现象演示实验的创新设计

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摘要:自感是高中物理教学中一个非常抽象的基本概念。在课堂教学中通常要借助演示实验,但教材中设计的通断电自感演示实验,教师普遍感觉演示效果不理想,容易使学生产生一些似是而非的观念。笔者对自感演示实验进行创新改进,期望达到较好的效果。

关键词:自感;演示实验;创新设计

1教材中的自感现象演示实验

教材中通电、断电自感采用两个相互独立的电路。通电自感演示电路(如图1所示):①A1、A2使用规格完全一样的灯泡。②闭合电键S,调节变阻器R和R1,使A1、A2亮度相同且正常发光。③然后断开开关S。④重新闭合S,观察到灯泡A2立刻正常发光,跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。断电自感演示电路(如图2所示):接通电路,待灯泡A正常发光。然后断开S,观察到S断开时,A灯突然闪亮一下才熄灭。教材中的演示实验难以给学生带来直观的体验,容易使学生产生一些似是而非的错觉。通断电自感演示不在同一电路中进行,容易使学生产生通断电自感相互割裂的印象,使学生误以为电路中电流增加而后又减小的过程只存在于一个现象中;断电自感演示实验中灯泡闪亮一下再逐渐熄灭,容易使学生产生断电瞬间线圈中电流突然增加一下的错觉;在断电自感实验中,无法直观感受到灯泡A中电流方向的变化;这两个实验都无法直观显示自感电动势的方向,而学生对此恰恰是模糊不清的。可见,这种演示方式无法达到突破自感教学难点的目的。接通电键时,D3立即发亮,D1缓慢发亮,经过一短暂时间后达到最亮,D2不亮(反向截止)。断开时,D3立即熄灭,D2立即发亮,和D1同步变化,均逐渐变暗,经过一短暂时间后熄灭。虽然改进后的演示电路相对老的演示电路优势明显:一个电路演示通断电自感;能够比较直观地观察到电流和自感电动势的方向。但是,由于采用二极管这种特殊的电学元件,给学生的理解带来了一定思维障碍。

2功能自感演示电路的设计

笔者结合多年的教学实践,自制了一种多功能自感演示电路(图4),采用灵敏电流计作为显示元件。其中,主要元件有灵敏电流计G1、G2(电流从左接线柱进入指针左偏,电流从右接线柱进入指针右偏),自感线圈L,滑动变阻器电阻R、R1,电源(1.5V)和电键K。闭合电键时,G2的表针立即向右偏转到最大,G1的表针向右缓慢增大到最大值。这一现象说明了电流是从左向右的,线圈中产生了阻碍电流立即增加的自感电动势(方向与原电流方向相反)。当断开电键时,G1表针缓慢回零,G2表针先跳到反向(向左)最大,再与G1表针等幅、反向、同时缓慢回零。这一现象表明自感电动势使回路产生沿L—G1—G2—R—L流向的电流,并从稳定值减小到零,线圈中产生了阻碍电流立即减小的自感电动势(方向与原电流方向相同)。

这种创新自感演示电路,装置简单,易于操作,现象明显,能快速导入新课,与教材演示电路乃至改进后的演示电路相比优点明显:一个电路演示通断电自感现象,消除了旧演示电路对自感现象造成的误解;通电后两表针达到最大值的时间差大,学生能充分体验自感电动势对电流增大的阻碍作用,断电自感电流持续时间长,G2表针反跳幅度大,不会形成表针反跳是由于惯性造成的错觉,这有利于启发学生对自感现象中能量转化的思考;电表表针摆角与电流大小成正比,能直观反映电流的大小和变化;表针的摆向能直观反映电流的方向,能使学生进一步巩固、加深对楞次定律的理解,能鲜明地揭示自感现象的实质是磁场的变化;避免使用学生存在思维障碍的抽象元件二极管导致的注意力分散,使学生把注意力集中到自感现象本身上来。

参考文献:

[1]胡东芳,孙军业.困惑及其超越———解读创新教育[M].福州:福建教育出版社,2001.

[2]刘德华.触动课堂教学的灵魂———物理活动教学设计的几个原则[J].物理教学探讨,2013,31(9):12-13.

[3]邱红.初中物理探究式教学中有效理答的几点措施[J].物理教学探讨,2015,33(12):21-23.

作者:陈强燕 单位:江苏省石庄高级中学

探究自感现象演示实验的创新设计责任编辑:张雨    阅读:人次