自制電學實驗演示儀＊

李瑞環 吳先球

（華南師范大學物理與電信工程學院，廣東 廣州 510006）

1 引言

教師在課堂演示電學實驗時，因為儀表體積過大和電線連接交叉，學生難以清晰觀察電路連接和實驗現象.因此，設計一個能實時觀察實驗操作過程，顯示電路連接的演示儀，能夠提高實驗的可視化和實時性，改善教學效果.在研究了多款演示儀的基礎上，筆者設計、制作了一款可視化的電學實驗演示儀.該演示儀與其他同類演示儀相比，具有電路連接可視化、實現多種接法等優勢，以達到方便教師演示和講解的同時，也能讓所有學生觀察到直觀明顯的實驗現象的目的.

2 實驗裝置

可視化、多種電路可選是本實驗系統的設計理念，為了直觀顯示實驗的操作過程與原理，基于以上構思，對實驗裝置進行以下相應設計.

（1）裝置的整體設計.

為了方便觀察，把儀器按照圖1固定在木板上.在木板上切割恰當的面積，讓電流表和電壓表嵌入木板中，讓電表的接線柱固定在面板上.

（2）電路連接的可視化設計.

圖1

圖2

為了讓學生清晰地看到電路連接過程，按照圖2制作夾層.用細小鐵柱在中間固定木板和黑茶色有機玻璃板，在夾層按照不同的電路連接線路設計LED電路.當LED不亮時，黑茶色有機玻璃板擋住光線，面板沒有顯示電路連接；當LED亮時，透過黑茶色有機玻璃板可以觀察到電路連接.

（3）電路連接的控制.

在木板的后面用電線連接實際的電路，用繼電器電路來實現多種線路連接的變化，通過繼電器的閉合和斷開來實現LED的亮滅和電路的切換.

3 操作演示與部分實驗結果

（1）選擇電流表內外接法，按照電路控制繼電器，閉合電路開關，如圖3所示；

（2）讓學生觀察電路連接，多次改變滑動變阻器，記錄電流和電壓值；

（3）改變電流表接法，測量多組電流和電壓值；

（4）計算被測電阻值，或電源電動勢和內阻.

圖3

圖4為本演示儀實驗測量的數據，通過圖形化軟件作圖，描點擬合直線，求出電源的電動勢和內阻，并讓學生比較電流表內外接法的圖形，和所求電動勢和內阻的差異，分析產生差異的原因.

圖4

4 結語

該演示儀利用LED使電路的實際連線、實驗過程直觀明顯地展現在學生面前，增強了可視化效果，有助于學生理解實驗過程和方法，配合圖形化處理軟件進行數據分析，對教師的教學和學生的觀察都能起到很好的輔助效果.該演示儀可以實現伏安法測電阻、測電源電動勢和內阻實驗，靈活變換電流表內外接法，能有效激發學生的學習興趣，實際應用效果反應良好.

1 葉新風，范吉清.電學實驗演示困境的解決方法［J］.中國現代教育裝備，2012（22）：66－67.

2 部德才，吳先球，呂紅英等.遠程實驗中RLC電路參數的計 算 機 控 制 ［J］.實 驗 技 術 與 管 理，2005（9）：71－73.

3 單美賢，李藝.虛擬實驗原理與教育應用［M］.北京：教育科學出版社，2005.