成功应用大学物理演示实验教学法一例

李 锐，钱良存，梅 林

（安徽农业大学 理学院，安徽 合肥 230036）

成功应用大学物理演示实验教学法一例

李 锐，钱良存，梅 林

（安徽农业大学 理学院，安徽 合肥 230036）

阐述了演示实验教学法应用中必须处理好的三个问题：与中学物理教学的衔接问题；现代手段和“原始装置”的问题；创造思维和逻辑思维能力的培养问题.以自感现象教学中的一个成功实例来具体说明演示实验教学法的实施过程.

大学物理；演示实验；培养能力

大学物理教学的基本任务是使学生掌握物理学的基本概念、基本规律和基本方法，培养分析问题和解决问题的能力.掌握三基是培养能力的基础，培养能力是掌握三基的归宿.因此，在整个教学活动中教师都必须注意培养能力这一核心问题.对于课堂教学而言，培养学生能力的方法很多，而演示实验教学法是一个重要的方法[1].本文就该法在教学中使用应注意的三方面问题加以阐述，并举一实例来体现上述思想.

1 运用演示实验教学法培养学生能力应注意的问题

1.1 与中学物理教学的衔接问题

目前流行的大学物理教科书中演示实验为数不多，且大多和中学教材重复.教师在设计、演示这些实验时，必须在中学物理教学的基础上加深和扩展，避免重复，否则，难以收到预期的效果.

1.2 现代手段和“原始装置”的问题

现代科技能展现许多物理过程，但过于复杂的实验装置，魔术般的演示，会使学生茫茫然.其实，装置愈简单直观，学生愈易抓住演示现象的实质；演示越生动明显，越能激发学生的兴趣和探索精神.因此，演示实验既要注意运用现代手段，更要重视不起眼的“原始”装置，后者对能力的培养往往更为有利[2].

1.3 创造思维和逻辑思维能力的培养问题

利用演示实验培养能力的途径有两种：通过对演示现象的分析、推理和归纳，建立物理概念或导出物理规律，以培养和发展学生的逻辑思维能力；应用已有的知识构思演示实验，解释演培养示现象，进行讨论式教学，以培养和发展学生的创造思维能力[3].在教学实践中教师总偏爱或习惯于前者，但应该明白，创造性思维属于高层次思维，对于分析解决问题而言，创造性思维能力更可贵，因此，对它的培养应给予足够的重视和加强.

2 一个成功的演示教学的实例

我们在大学物理自感现象教学中，经常用到图1的演示实验[4]，当电键K由闭合突然开启时，小灯泡A并不立即熄灭，而是更亮的一闪后才熄灭掉.这是一个装置简单、直观又生动的演示实验，但高中物理作为讲授自感现象的导入性实验而演示过，重复演示将使学生感到索然无味.因此，在教学实践中我们把它放在暂态电流和自感磁能内容之后进行演示，边演示边引导学生讨论，步骤如图1-图5.

图1

图2

图3

图4

2.1 学生的误解

教师按图1演示并提问：为何会更亮的一闪？学生几乎一致认为是电键开启迅速，线圈中产生一很大的自感电动势E L，开启越快E L越大.这是一种错觉，由第二步的演示证明:

2.2 抓住电流

如图2，调R1，使I1≤I2，让学生开启电键K，无论如何加快动作均无闪光出现.再调R1，使I1≥2 I2，缓慢开启K，则可见明显的闪光.这步演示启发学生，必须抓住通过灯泡的电流来解释闪光现象.令R1和R2分别表示线圈支路和灯泡支路的总电阻，K开启后通过灯泡即通过线圈的电流为i=I1e，式中I1=E/R1.当t=0时，有=n I2,该式表明，K开启的瞬间通过灯泡的电流是K闭合时通过它的电流的n倍，n越大闪光越明显.当n≥2时，即I1≥2 I2，可观察到明显的闪光现象.但满足I1≥2 I2就一定闪光吗？该式中没有显现L的作用，是否在上述考虑中遗漏了什么呢？

2.3 能量观点

首先演示：在第二步演示的基础上抽去线圈铁芯而保存其它条件不变，开启K时则无闪光出现.说明虽满足I1≥2 I2，但L变得很小，也无闪光.分析如下：由自感磁能WM=L I2知，保持线圈电流不变，WM与L成正比，L越大线圈所储磁能越大，因此在开启K后方能给灯泡提供足够的能量，使之更亮的一闪.抽去铁芯，电流虽不变，但L已大大减小，使得所储磁能太小，不足以令灯泡闪光.

2.4 EL的大小和过电压

如图2，K开启后线圈中自感电动势的大小究竟由哪些因素决定，是学生一直关心的问题.其实EL的大小可由定义式EL=-L求出，或由回路电压方程得，该式表明，EL是t的函数，某时刻的值取决于回路的固有参数R1、R2、L和电动势E.可见，“开启K的动作越快E L越大”是错误的.K开启的瞬时线圈两端的电压为,当R2>>R1时有,可见UL>>E,在K开启的瞬间线圈两端的电压比外加电压大的多，称为过电压.

2.5 设计练习

练习可以巩固、应用以上讨论的各个环节.如本演示实验完成后可设计如下练习：现有40 W镇流器（直流电阻约20 Ω）2只，小灯泡（1.5 V，0.5 A）数只，0～30 Ω变阻器1只.问：（1）如何演示更亮的一闪？用多大的电源？（2）如何演示过电压现象？对于问题（1），根据I1≥2 I2，和能量观点考虑，学生大都能用图3的电路演示.电源越强越好（磁能越大），但K闭合时通过小灯泡的电流必须小于0.5 A，否则，闪光时易烧坏小灯泡，故选用8～10 V的电源.

对于问题（2），大部分学生都错误的用图4的电路演示，很容易计算，若不计电源的内阻，K闭合时图5所示电路储的磁能是图4的4倍，而K开启的瞬间，由知道，图5电路产生的过电压是图4电路的4倍.因此应该用图5所示电路来演示过电压现象.

通过以上步骤的教学，从课堂气氛看，学生思维活跃，兴致很高；从教学效果看,学生对自感电动势和暂态电流的规律，自感磁能等加深了理解，提高了分析问题和解决问题的能力.

总之，演示实验是物理教学本身重要的组成部分.一个成功的演示实验可以启迪学生的思维，激发学生的学习兴趣，给学生留下深刻的印象.但成功的演示并非易事，它是教师教学创造性的体现.

〔1〕王玉莲，郭明磊，张永锋，等.大学物理演示实验教学探索和实践[J].安徽科技学院学报，2010，24 (4)：47—50.

〔2〕李凡生，余小英.自制大学物理演示实验教具的研究与实践[J].广西民族师范学院学报,2011,28 (3):27-30.

〔3〕梁法库，路峻岭，汪荣宝.演示实验在大学物理教学中的积极作用[J].物理与工程，2002，12(2)：28—30.

〔4〕路峻岭.物理演示实验教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

G 642

A

1673-260X（2012）07-0231-02

安徽农业大学校级重点设计性实验项目（2008）