自制电学实验演示仪＊

李瑞环 吴先球

（华南师范大学物理与电信工程学院，广东 广州 510006）

1 引言

教师在课堂演示电学实验时，因为仪表体积过大和电线连接交叉，学生难以清晰观察电路连接和实验现象.因此，设计一个能实时观察实验操作过程，显示电路连接的演示仪，能够提高实验的可视化和实时性，改善教学效果.在研究了多款演示仪的基础上，笔者设计、制作了一款可视化的电学实验演示仪.该演示仪与其他同类演示仪相比，具有电路连接可视化、实现多种接法等优势，以达到方便教师演示和讲解的同时，也能让所有学生观察到直观明显的实验现象的目的.

2 实验装置

可视化、多种电路可选是本实验系统的设计理念，为了直观显示实验的操作过程与原理，基于以上构思，对实验装置进行以下相应设计.

（1）装置的整体设计.

为了方便观察，把仪器按照图1固定在木板上.在木板上切割恰当的面积，让电流表和电压表嵌入木板中，让电表的接线柱固定在面板上.

（2）电路连接的可视化设计.

图1

图2

为了让学生清晰地看到电路连接过程，按照图2制作夹层.用细小铁柱在中间固定木板和黑茶色有机玻璃板，在夹层按照不同的电路连接线路设计LED电路.当LED不亮时，黑茶色有机玻璃板挡住光线，面板没有显示电路连接；当LED亮时，透过黑茶色有机玻璃板可以观察到电路连接.

（3）电路连接的控制.

在木板的后面用电线连接实际的电路，用继电器电路来实现多种线路连接的变化，通过继电器的闭合和断开来实现LED的亮灭和电路的切换.

3 操作演示与部分实验结果

（1）选择电流表内外接法，按照电路控制继电器，闭合电路开关，如图3所示；

（2）让学生观察电路连接，多次改变滑动变阻器，记录电流和电压值；

（3）改变电流表接法，测量多组电流和电压值；

（4）计算被测电阻值，或电源电动势和内阻.

图3

图4为本演示仪实验测量的数据，通过图形化软件作图，描点拟合直线，求出电源的电动势和内阻，并让学生比较电流表内外接法的图形，和所求电动势和内阻的差异，分析产生差异的原因.

图4

4 结语

该演示仪利用LED使电路的实际连线、实验过程直观明显地展现在学生面前，增强了可视化效果，有助于学生理解实验过程和方法，配合图形化处理软件进行数据分析，对教师的教学和学生的观察都能起到很好的辅助效果.该演示仪可以实现伏安法测电阻、测电源电动势和内阻实验，灵活变换电流表内外接法，能有效激发学生的学习兴趣，实际应用效果反应良好.

1 叶新风，范吉清.电学实验演示困境的解决方法［J］.中国现代教育装备，2012（22）：66－67.

2 部德才，吴先球，吕红英等.远程实验中RLC电路参数的计 算 机 控 制 ［J］.实 验 技 术 与 管 理，2005（9）：71－73.

3 单美贤，李艺.虚拟实验原理与教育应用［M］.北京：教育科学出版社，2005.