高中物理教材中自感演示實驗的改進

　　在物理教學過程中，演示實驗是學生認識物理規律的感性基礎，是學生加深對物理概念和物理規律或原理理解的重要環節。而演示的現象的好壞將對學生造成直觀上的正面或負面影響，進而會對學生學習物理概念或規律的理解造成正遷移或負遷移。比如，自感現象是一種特殊的電磁感應現象，它在生產技術中應用較為廣泛，但學生不易接受，難以理解。現行高中物理新教材選修3—2第四章第6節中研究自感現象是通過如圖1、圖2所示的電路來演示的。其中圖1為演示通電自感現象原理圖，圖2為演示斷電自感現象原理圖。教師做好這兩個實驗，有利于學生理解自感現象，是上好這節課的關鍵。
　　
　　
　　該實驗的設計雖有利于演示的分步、分類完成，筆者認為卻存在以下三點不足：
　　分兩個電路來演示，易使學生形成錯覺，認為通電與斷電自感是發生在不同的電路中；
　　圖2所示的斷電自感實驗，若線圈L的自感系數不夠大，則斷電時線圈產生的自感電動勢與形成的自感電流較小，不會使小燈泡發出較強的亮光，自感現象就不容易觀察到；
　　核心問題：這兩個實驗裝置都不能顯示自感電動勢(或感生電流)的方向。
　　演示通電自感現象時，實驗易操作，實驗現象較為明顯，但在演示斷電自感現象時，為了使現象明顯，往往實驗時要求12>11，以達到斷電時燈泡有明顯的閃耀的效果。但在實際操作中，經常因為12過大而將燈泡燒壞，造成實驗器材損耗，不便于課堂上重復再現實驗現象。另外，由于燈泡閃亮，只說明有電流流過，無法辨析電流方向的變化，不便于教學重點難點的突破。，為此，在教學中對實驗裝置進行以下改裝，就可很好地解決上述問題，達到較好的效果。
　　
　　一、實驗裝置改進方法1
　　
　　1.裝置原理圖(圖3)
　　2.改進說明
　　(1)圖3是將課本中介紹的斷電自感裝置圖中的燈泡A，用氖管代替。
　　(2)將單刀閉合式開關，改成點觸式彈片開關。
　　3.優點
　　(1)改用“彈片點觸式”開關，斷電更方便、更易操作，斷電更瞬時。
　　(2)改用氖管后，開關閉合時氖管不發光，開關斷開時自感電動勢使氖管閃亮紅光，現象對比明顯，效果更好。且氖管的耐壓值較高，不易燒壞。
　　
　　二、實驗裝置改進方法2
　　
　　1.實驗改進的設計思想
　　(1)用一個電路來演示通電和斷電自感現象。
　　(2)在改制教具時盡量考慮學校實驗室現有器防的利用。
　　(3)兼用傳統的小燈泡和具有單向導電性的發光二極管，能判斷出自感電動勢(或感生電流)的方句。
　　2.實驗裝置原理圖(圖4)
　　3.改進說明
　　(1)在各支路中，按圖示串接三個發光二極管。
　　(2)D1、D2導通時發紅光，D3導通時發綠光。
　　4.改進后的演示實驗優點
　　(1)取材方便，利用學校實驗室現有器材，操作簡單，現象明顯直觀。
　　(2)使用具有單向導電性的發光二極管，不僅可以用來演示自感現象通電和斷電時的兩種情況，而且通過二極管導通時發出不同色光來反映電流流向，使抽象問題具體化，對比明顯，可視性強。有利于教學難點的突破。
　　
　　三、實驗裝置的拓展使用
　　
　　1.裝置原理圖(圖5)
　　2.柘展說明
　　(1)將改進1中的氖管取下。
　　(2)從點觸開關的兩接線柱分別引出兩導線M、N。
　　(3)要求8位同學(也可增加參與學生人數)左右手依次如圖5抓緊。
　　(4)第一名同學的左手抓緊M，第8名同學的右手抓緊N。
　　3.操作說明
　　(1)閉合電鍵前，要求學生談體會(無感覺)。
　　(2)閉合電鍵后，要求學生談體會(無感覺)。
　　(3)斷開電鍵后，同學們迅速收回雙手(有電擊感覺，課堂氣氛活躍，學生有較強的探究欲望)。
　　4，優點
　　(1)師生互動，學生參與面廣；實驗效果明顯，學生體驗深刻。
　　(2)改裝方便，具有普適性。
　　5.建議
　　該拓展實驗，作為新課導入實驗，能很好地激起學生的探究欲望。
　　
　　實踐證明，通過這樣的教學處理，可以使學生對結果非常信服，不會感到電磁感應規律抽象難以理解，并且使課堂氣氛非常的活躍，大大加強了課堂師生之間的互動；與此同時，學生不僅學到了自感現象及其原理，也為進一步學習電磁場內容中的振蕩電路打下堅實的實驗基礎。
　　(見習編輯郭振