巧用实验室废旧器材开发校本化物理实验

胡凤娣 王汉权

（江苏省锡山高级中学，江苏 无锡 214174）

实验室每年使用中都会淘汰一大批损坏或陈旧的物理实验器材.特别是近期由于实验室改造，拆换旧的实验桌时发现桌中有一套稳压电源组件，含有变压器、电流电压表、单刀多掷开关、旋转变阻器以及焊接在电路板上的大量电阻、电容、电感线圈、二极管、干簧管等元器件.弃之真的很可惜，于是笔者和组内教师组织部分学生把有关的元器件拆卸下来，分门别类地进行了整理（如图1），并带着学生一起进行相关的设计，开发出部分适合学校教学实际的校本化实验.这不仅节约了成本，弥补了实验资源的空白，又能把实验融合在理论教学中，直观地帮助学生认识规律，同时还能让学生在动手操作中得到体验，加深对实验原理的理解，可谓是一举多得.本文就把实践中开发出来的部分实验案例提供给广大师生，以期大家共同研究并开发出更多更好的校本化实验资源.

图1 废旧元器件

1 远距离高压输电实验演示板

远距离高压输电教学中主要是分析输电线上功率损失，让学生体会提高电压、降低电流、减少功率损失的原理.由于实验室没有现成的实验装置，教学中一般都是在黑板上画高压输电示意图（如图2）进行讲解和设计数据.有的教师会利用两只变压器和长导线在讲台上进行实验模拟，能见度低，加之选用的是可拆变压器，能量损耗大，往往达不到预期实验效果甚至反而会干扰对规律的理解.而淘汰下来的电源变压器能量损耗低，体积又小，可以固定起来做成一块实验演示板（如图3），整个线路结构一目了然，在使用中教师普遍反映实验现象明显，教学效果好.

图2 高压输电示意图

图3 实验演示板

（1）制作前准备.2只变压器、接线柱若干、小灯泡2只、交流稳压电源1只、长导线2卷（若导线短实验效果并不明显，可在电线中串接一个小电阻，实验时选择合适电压，保证灯L1正常发光，灯L2很暗很暗就行）.

（2）固定变压器、接线柱、灯泡等.

（3）实验操作.

实验1：接上交流电源，观察灯L1、L2亮度，引导学生分析现象及原因，认识输电线上有较大的电压或功率损失.

实验2：灯L2接降压变压器两端，将同样的交流电源接升压变压器原线圈两端，长导线接高压回路中，观察灯L2的亮度并与实验1进行比较，进一步理解高压送电的原理和特点.

（4）注意事项.实验前可调整变压器的匝数比，以达到最佳实验效果，高压回路中有高压，要注意安全.

2 变压器输入功率由输出功率决定的实验演示板

变压器规律教学中，输出电压由输入电压和原副线圈匝数比决定，学生容易接受，而输入功率却由输出功率决定，学生不能接受和理解，特别是当副线圈空载时，一致认为虽存在线圈的感抗，但原线圈上电流不会为0，学生不能接受输入功率为0的事实.为了突破这个教学难点，可利用变压器和若干小灯泡、开关做成实验演示板（如图4），让学生观察直观的实验现象，理解起来就容易多了.实验中，依次通断 S1、S2、S3、S4，观察串接在原线圈电路中灯L的亮度变化情况，特别是当副线圈的灯泡全部断开时，学生清晰地看到灯L真的不亮，说明原线圈电流为0，副线圈无功率输出，则原线圈也无功率输入.

图4 变压器实验电路图和演示板

3 电容电感对交流电阻碍影响因素研究的实验示教板

图5 电容电感实验电路图及实验示教板

4 制作简易黑箱判断电路和干簧管控制电路

拆下电路板上的电阻、电容、二极管等元件，可以利用小电路板进行焊接，留出1、2、3、4四个接线柱，成为一简易黑箱元件探究电路，用于课堂分组实验或课外拓展性课程中使用（如图6）；还发现电路板上有两个保护用的干簧管，平时学生也只是能看到其外形，对内部结构和控制作用也仅局限于看书和听讲，如果能指导学生利用干簧管、小灯泡、电池焊接成一个简易电路，利用磁铁来控制灯泡的通断，学生对干簧管控制作用的认识就非常深刻，课堂演示学生作品也让学生很有成就感（如图7）.

图6 简易黑箱元件探究电路演示板

图7 学生作品

5 开发测定电表内阻和制作简易多用电表的拓展性实验

在拆下的器材中发现有大量表头，表头均没损坏，但表头参数已模糊不清，加之正好有一块适中的电路板和若干阻值不同的电阻、旋转变阻器和单刀多掷开关，为何不利用这些元器件尝试开发一些课外兴趣实验进行深度学习呢？于是电路设计、计算求解、元件组装、调试等各个活动环节中学生都表现出极大的兴趣热情，也特别投入，一是在选择测定电表参数（Ig、Rg）电路上指导他们做了大量的研究比较，极大地拓宽了课内伏安法测电阻的实验原理；二是学生很乐意去计算简易多用电表电路图中的各电阻值，甚至为了得到一个比较精确的电阻，会采用串并联知识来完成；三是更喜欢动手，在焊接拼装元器件上舍得花时间，并力求把作品做得更精致漂亮，这种实验的开发能很好地把课内知识延伸到课外，又能在动手操作中让学生充分理解课内所学知识，学生的作品成功参加了科技节的评比，该实验的活动方案也被列入学校校本化精品实验课程之中.

（1）实验前准备.待测电流表头G（或拆除电流表电压表中一些附件得到电流表头）1只、可旋转变阻器2只、电阻箱1只、单刀多掷开关1只、电池盒（1.5V、9V）2只、电烙铁一把、电阻及接线柱导线若干.

（2）通过电路探究选择较合理较精确的电路测定电流表的满偏电流Ig及内阻Rg（如替代法、半偏法等如图8示）.

图8 测定电表参数电路图

（3）根据实验测得的电表参数（Ig、Rg）及所要设计的大致各挡量程，结合多用电表电路图（如图9）计算出相应的R1、R2、R3、R4阻值，其中R1、R2阻值特别小，很难找到，可用漆包线在电阻上绕制得到，R3、R4可结合串并联知识组合较准确得到，实际操作中还需要在最后校准电表时对各挡量程作一些适当调整.

图9 多用电表电路图

（4）把旧电路板上元件全部拆掉，利用小锯条将电路板上铜箔分割成一块块不相连的像面包板一样的连接点，固定电流表头、变阻器、多掷开关，红黑表笔接线柱，并留出空间在背面放置1.5V和9V的电池（盒）.

（5）根据步聚（3）中计算或绕制好的电阻进行焊接，并通过短导线连接表头、电阻器、多掷开关及电池等元器件，最后用接线柱引出红黑测量表笔.

图10 简易多用电表（学生作品）

（6）量程校准和制作挡位盘、刻度盘.选择标准电压表、电流表和电阻箱对所改装的多用电表各挡进行校准，确定最终的各挡量程，然后在白纸上画出对应挡位和量程值，制好成挡位盘，用胶水粘贴多掷开关对应位置.考虑到拆开表盘容易损坏表针，可用一块透明塑料纸片剪成表盘形状，画出零点和各挡最大量程值，电流电压可直接利用原表盘的均分刻度，而欧姆表的表盘需要一一进行校对和刻度数值，最后胶贴在表盘正上方，一个简易多用电表就算大功告成了.（本文的学生作品是在白纸上做好刻度后用薄双面胶粘连在表内刻度盘上，效果也比较好，如图10）.

以上仅仅是利用实验桌中废旧的电源组件开发出来的部分实验示教板及拓展实验课程，其实身边可以利用的废旧器材很多，只要用心去收集整理，精心去规划设计，真心去研究开发，所积累的实验资源就会越来越多，对教学的积极作用也会越来越明显，更为重要的是师生一起共同研究实验、开发实验，不仅满足了学生浓厚的兴趣要求，又能让学生在实践中自己去体验感悟，去思考发现.这无疑会彻底改变原有的课堂教师讲实验、学生课后记实验、纸上操作画实验的教学模式，对优化物理课程教学、培养学生综合素养是大有裨益的.