初感、淺探、深究——改進的變壓器實驗

劉萬強

(湖北省松滋市第一中學,湖北松滋 434200)

初感、淺探、深究
——改進的變壓器實驗

劉萬強

(湖北省松滋市第一中學,湖北松滋 434200)

變壓器在日常生活中非常普遍,也是高中物理重要的知識點.傳統(tǒng)的變壓器演示實驗教學常只讓學生看表演,往往是教師做一做電壓比的規(guī)律驗證實驗,學生在一旁觀看,或者是教師一講到底,學生一聽到底;而忽視了學生主體的思維動機的激發(fā),學生被動接受物理規(guī)律,教師認為是“顯然”,可是對于學生來說,有時候卻是“漠然”.本人在實際的教學中,對該演示實驗進行了改進,為演示過程創(chuàng)設一定的問題情境,分“初感、淺探、深究”三步實施,產(chǎn)生了很好的教學效果.

1 初步感知,構建模型

教師準備好可拆式變壓器模型,采用問題情景模式,引導學生觀察,讓學生了解變壓器的結構,進行初步感知.問題情景式觀察的過程如下.

表1

2 淺層探究,生成原理

圖1

在學生了解變壓器結構后,常常通過實驗演示說明直流電不能通過變壓器改變電壓.若在實驗前事先做了結論性的說明:“直流電不能改變變壓器的電壓,盡管原線圈與電源組成閉合電路,但副線圈的輸出電壓為零,現(xiàn)在老師用圖1的電路來驗證”.當閉合S,電壓表的指針明顯擺動,然后緩慢恢復到零.得到了與事先說明相反的現(xiàn)象,對學生的感管刺激可謂“干擾雖小,但影響很深”.

如果在實驗前提出問題,以疑激思,效果會大不一樣.問題為:“直流電可以通過變壓器改變電壓嗎?如果將圖中的電鍵S閉合,電壓表的示數(shù)情況怎樣?請大家先思考或猜想,然后觀察實驗”.當出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象時,就安排學生從容地利用電磁感應知識作解釋,得出:變壓器不能改變恒定的直流電壓,可改變變化的直流電壓、交變電壓.

為強化印象,可作進一步引導:將電壓表取下,換上適當?shù)逆u絲燈泡,閉合S瞬間,燈泡會亮一下嗎?以疑誘思,不斷為實驗創(chuàng)設懸念.有的同學說亮,有的說不亮.實驗結果是:燈不亮.請同學說有電流通過燈泡為什么不亮呢?理由是電流不是持續(xù)的、而是短暫的,又因為鎢絲發(fā)紅發(fā)光要達到一定的溫度.

請學生們想一想:將鎢絲燈泡換為“220 V,5 W”節(jié)能燈,情況如何呢?在學生們迫切知道結果前,分組討論,達成共識,各小組代表發(fā)言,可保持不同觀點,此時老師既不作評價,也不參與,這是一種“頭腦風暴”學習法,易調動各個學生參與討論、表達個人觀點的積極性和主動性.最后演示實驗,結果與鎢絲燈泡不同,節(jié)能燈閃爍一下.

最后,請學生們想一想,直流電源保持不變,怎樣才能使電壓表的示數(shù)幾乎保持不變?學生們各抒己見,有一學生說:將電鍵S斷開、閉合、再斷開、再閉合,這樣持續(xù)反復快速進行,教師進行了正面的肯定和表揚.具體做一做,副線圈接交流電壓表,當電鍵S迅速斷開、迅速閉合,手工持續(xù)進行,交流電壓表有穩(wěn)定讀數(shù).

3 深入探究,導出規(guī)律

如果將S取下,換上電鈴電路,電路通斷頻率加快(如圖2).彈簧片在電鈴電路不通時,跟螺絲釘?shù)募舛司o靠著.當電鍵S1斷開時,原線圈n1所在電路接通穩(wěn)定時,交流電壓表示數(shù)為0.當電鍵S1閉合時,彈簧片左右振動,彈簧片與螺絲釘時觸時離,線圈n1電路時通時斷,接通和斷開瞬間有方向不變,大小變化的電流,在鐵心中產(chǎn)生周期變化的磁通量,必然在副線圈n2引起感應電動勢,交流電壓表有示數(shù).

實驗時取n1=200匝,n2=1400匝,電壓表(V)示數(shù)可達10 V.

該實驗的意義:(1)可定性說明法拉第電磁感應定律,副線圈的感應電動勢大小與穿過線圈的磁通量變化快慢有關,從而說明與線圈的電流變化快慢有關,電流變化快,線圈產(chǎn)生的感應電動勢大.(2)演示時分兩步進行:先由電鍵S控制線圈所在電路的通斷,然后換成電鈴上的振動片控學生的創(chuàng)造性能力;線圈所在電路的電流是脈動電流,是變化的電流,產(chǎn)生變化的磁場,在線圈中產(chǎn)生的感應電動勢是周期性變化的,經(jīng)測量可知,線圈兩端電壓與線圈的匝數(shù)有關.制線圈所在電路的通斷.有兩點意義:實現(xiàn)人工控制到自動控制,具有獨創(chuàng)性和新穎性,啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)

圖2

按照“初感、淺探、深究”改進的變壓器實驗,以問題情景為導向,充分重視學生的主體地位,遵循循序漸進、由淺入深、由表及里的認知規(guī)律,探究過程體現(xiàn)了科學研究的思想和方法,操作方便流暢,教學效果很好.

2010-06-21)