電磁學(xué)演示實驗的改進(jìn)探討

林三虎

摘 要：物理是一門源自于生活的學(xué)科，側(cè)重理論與實踐相結(jié)合。在高物理教學(xué)過程中，演示實驗占據(jù)重要地位，是為配合物理教學(xué)內(nèi)容，由教師在課堂上為物理教學(xué)情景化向?qū)W生表演的示范實驗，使得學(xué)生能夠清晰看到相應(yīng)的物理現(xiàn)象和過程，加深對物理知識的認(rèn)識。為使物理電磁學(xué)演示實驗效果更佳，文章特探討相關(guān)的改進(jìn)途徑和方法。

關(guān)鍵詞：電磁學(xué);演示實驗;改進(jìn)

一、物理電磁學(xué)演示實驗的現(xiàn)狀

當(dāng)前教材中部分物理電磁學(xué)演示實驗仍存在較多問題，特別是應(yīng)試教育的教學(xué)背景下，分?jǐn)?shù)是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和教師教學(xué)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。在這個情況下，教師會盡最大可能是簡化教學(xué)方法，仍舊采用傳統(tǒng)的講授方法，只是結(jié)合考試大綱設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，考試考什么就講什么。

其次，部分學(xué)校受教學(xué)經(jīng)濟(jì)條件影響，教學(xué)儀器相對缺乏，加上學(xué)生和教師在升學(xué)率的影響下，把原本應(yīng)該是探究性實驗的設(shè)計，變成了形式實驗，單純教師的單方面演示，減少了學(xué)生動手機(jī)會。

在電磁學(xué)中的一些原理和定理，需要演示實驗讓學(xué)生明白，也都因為教師的不重視、儀器設(shè)備缺乏、實驗效果不理想，把演示實驗改成實驗題訓(xùn)練，由教師收集編制大量的實驗測試題給學(xué)生做，讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)付考試的能力，但實踐能力沒有得有有效的提升。

二、物理電磁學(xué)演示實驗的改進(jìn)

（一）提升教師電磁學(xué)演示實驗實踐意識

在當(dāng)前新時期教學(xué)理念要求下，高中物理教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)應(yīng)試教育觀念，在教學(xué)工作開展過程中積極開發(fā)物理電磁學(xué)實驗教學(xué)資源，以求更好地對演示實驗進(jìn)行改進(jìn)。這就要求教師提升對電磁學(xué)演示實驗教學(xué)的重視程度，及時對演示實驗教學(xué)資源的轉(zhuǎn)變和加工。

（二）構(gòu)建形式多樣的物理電磁學(xué)演示實驗室

在開展電磁學(xué)演示實驗過程，教師需要運用更多與生活實際相關(guān)聯(lián)的物件，才能更形象生動地把實驗原理展示給學(xué)生，讓學(xué)生更加貼合生活實際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這時，教師需要根據(jù)物理教材中相關(guān)電磁學(xué)的知識內(nèi)容對現(xiàn)有實驗室中的實驗資源進(jìn)行優(yōu)化整合，還可以堆廢棄的實驗儀器進(jìn)行升級改造，這時就需要有完善物理電磁學(xué)演示實驗室，使其實驗儀器豐富多樣。

（三）電磁學(xué)演示實驗的改進(jìn)實例

（1）發(fā)電機(jī)原理演示實驗的改進(jìn)

人教版初中物理中《電與磁》第四節(jié)《電動機(jī)》中涉及的發(fā)電機(jī)，是日常生活中真實存在的物件，學(xué)生對發(fā)動機(jī)存在一定的了解，而發(fā)電機(jī)的運行原理是電磁感應(yīng)。在學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)電機(jī)原理時主要是透過演示實驗進(jìn)行的。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)演示實驗?zāi)Ｐ颓啡敝庇^視覺效應(yīng)，需要借助電壓表、電流表等儀器來感知微弱的電流與電壓的變化。為此，在原有的演示實驗?zāi)Ｐ突A(chǔ)上可以做以下改進(jìn)：

同時，演示實驗改進(jìn)也可以通過將電生磁管作為發(fā)電機(jī)的磁場來源，首先，可以促使閉合線圈受到的電磁場強(qiáng)度能夠更好地定量控制，更直觀感受不同電磁場強(qiáng)度對磁生電的影響;其次，在不改變閉合線圈繞轉(zhuǎn)方向的情況下，可以隨時改變磁場方向，從而更好地演示出磁場方向改變對電流方向改變的影響。具體如下圖一所示：

（2）靜力場中帶電體的受力實驗改進(jìn)

根據(jù)人教版高中物理課程安排，對于靜力場中帶電體的受力實驗是通過電源、U型磁鐵、光滑導(dǎo)軌、導(dǎo)線、開關(guān)等實驗器材構(gòu)成，實驗原理圖如下圖二所示：

利用電磁學(xué)相關(guān)知識，我們可以通過一系列的改進(jìn)措施，把演示實驗內(nèi)容更加豐富。首先，由圖一所示，靜力場是U型磁鐵產(chǎn)生的磁場，但U型磁鐵周圍的電磁場分布并不是十分均勻，在課本上知識點中將N極和S極之間的電磁線理想化處理，使得通電導(dǎo)體是處于均勻垂直的電磁線矩陣當(dāng)中，但在演示實驗中，這個實驗現(xiàn)象并不能理想化，也會使學(xué)生通過演示實驗得出的實驗結(jié)論大打折扣，無法直觀得出相應(yīng)的實驗結(jié)論。那么根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象原理，可以優(yōu)化為靜力場可以由交流線圈產(chǎn)生，具體如圖三所示。將U型磁鐵替換成桶狀的電生磁結(jié)構(gòu)，能有效改善傳統(tǒng)演示實驗中非均勻、不垂直電磁線對通電導(dǎo)體運動的影響。

除此之外，也可以利用非固定產(chǎn)磁物質(zhì)進(jìn)行磁場模擬，例如可以利用電流表對電磁場的強(qiáng)弱程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)物理公式F=BIL可以得出，當(dāng)通電導(dǎo)體周圍磁場強(qiáng)度，也就是B出現(xiàn)變化時，運動速度將隨之出現(xiàn)變化。借助演示實驗中通電導(dǎo)體棒在不同強(qiáng)度的磁場中受力偏轉(zhuǎn)情況演示，讓學(xué)生可以直觀感受到電流大小和電流方向改變將對通電導(dǎo)體產(chǎn)生的相應(yīng)影響。

（3）磁極間相互作用演示實驗改進(jìn)

在人教版初中物理選修3-1第三章第一節(jié)《磁現(xiàn)象和磁場》中，關(guān)于磁極間的相互作用演示實驗較為簡單，通過用繩子吊住兩根條形磁鐵，讓學(xué)生觀察兩個磁體中，當(dāng)異性磁極靠近是出現(xiàn)的現(xiàn)狀和同性磁極靠近出現(xiàn)的現(xiàn)狀的區(qū)別作出實驗結(jié)論“同性相斥，異性相斥”。但實際演示過程中，單純用一條細(xì)繩幫助的磁鐵很難妥善掌控，很容易出現(xiàn)操作不慎，兩個磁體就會碰在一齊的現(xiàn)象，教師不僅無法很好地進(jìn)行實驗演示，學(xué)生也無法很好地感受到磁體間相互排斥或吸引的作用原理。因此，在演示實驗中，可以做如下改進(jìn)：

通過簡單的改進(jìn)，把收集的生活素材融入到實驗當(dāng)中，使實驗效果更加明顯，學(xué)生更易于觀察，同時又富有趣味性，挑起學(xué)生對物理實驗的興趣，積極主動投入物理知識學(xué)習(xí)當(dāng)中。

三、結(jié)語

物理學(xué)科是初中眾多學(xué)科當(dāng)中關(guān)鍵性最強(qiáng)的組成部分。電磁學(xué)是初中物理知識體系中較為抽象難以具象化的內(nèi)容之一，是教師眾多授課工作中的重點和難點。同時，課堂上的授課時間是非常寶貴的，課堂演示實驗需要教師精心設(shè)計，不僅要簡化實驗操作過程，更要聯(lián)系學(xué)生生活實際，傳統(tǒng)的演示實驗已經(jīng)無法滿足當(dāng)代學(xué)生對知識獲取的需求。通過不斷的電磁學(xué)演示實驗創(chuàng)新，使學(xué)生對相關(guān)知識原理學(xué)習(xí)更有效直觀，同時也提升了對電磁學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。

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基金項目：此文系甘肅省“十三五（2018）規(guī)劃課題：初中物理實驗教學(xué)綠色化的創(chuàng)新與實踐研究”成果之一，項目編號：GS[2018]GHB3217。