大学物理知识与慕课实验的结合

摘 要：本文介绍了在大学物理的学习中，如何通过一些列小实验将物理知识点形象地、深入地让学生理解，让物理知识不再枯燥无味，而是鲜活有趣。本文列举的实验以清华大学安宇教授的的慕课课程《大学物理2（电磁学、光学和量子物理）》为依托，主要是电磁学方面。通过大学物理知识与慕课实验相结合的教学探索，希望对大学物理的教学改革有所促进。

关键词：实验；大学物理；慕课；教学模式

中图分类号：G420文献标识码：A

一、结合慕课实验的背景

慕课作为一种新型教育模式，从2013年在国内以中文慕课的形式启动开始，受到了广泛的关注。笔者进行课堂教学与慕课相结合的教学模式的实践已经三年了。在这期间，大学物理的学习一直结合的是清华大学安宇教授的慕课《大学物理2（电磁学、光学和量子物理）》。安宇老师的课程里有一个最大的优点就是：现场实验教学。在讲解有些知识点时，安宇老师就直接现场做实验，把实验装置、步骤、现象都一一摆在大家眼前，一目了然。这些实验很直观，适合所有学生去学习，而且和实际紧密联系，促进学生对理论内容加深理解。学生对这些实验的兴趣明显比单纯学书本上的知识点要有兴趣，所以在授课中，我会将知识点与小实验结合起来去讲解。下面我对其中15个实验与大学物理知识点的结合进行了梳理。

二、知识点与实验结合

（1）用“高压带电实验”解释“电势和电势差的区别”这一知识点。

实验内容：高压线上带了4万多伏电压了，人和高压电线之间有4万多伏电势差，用手碰危险。但是人站在和地面绝缘的台子上，将台子上的线钩挂到高压电线上，人和高压电线就零电势差了，就不危险了。但是此时人和地面之间就有了4万多伏电势差了，人如果此时碰地面就危险。实验结束后，人不能马上走到地面，因为现在人带了4万多伏高压电，现在和地面有这么多的电势差。应当先把挂钩和高压电线脱离，此时人和挂钩仍然是4万多伏，然后把挂钩搭到地面上，现在人和地面等电位了，人可以走下来了。

总结：高电势并不可怕，可怕的是电势差。

（2）知识点：导体静电平衡条件。实验内容：用一个类似子弹形状的导体，内外都接上细线做成的穗。结果发现，尖的地方穗比较挺，而侧边不那么挺，凹进去的地方穗贴在里面，这一系列现象说明正曲率较大的电荷面密度较大，附近的电场强度也大；曲率较小的电荷面密度最小，电场强度也小。

（3）知识点：尖端放电。

实验内容一：叶片是万字形的，带电后，由于尖端放电，向后有一个带电粒子流反冲，它就会转起来。尖的地方往外放电，所以是反着尖的地方转。

实验内容二：描述：导体的尖端对着蜡烛，带上电以后，由于尖端放电，会把蜡烛吹灭。

实验内容三：避雷针原理演示，两极板间带上高压，由于它们之间电压比较强，会出现放电现象。（类似雷击建筑的过程），圆球相当于建筑，向圆球放电。如果放上一个尖的导体，此时放电就在尖端进行，圆球代表建筑的导体就安全了。这就是避雷针的原理。避雷针熟起来以后，闪电击中避雷针，而不击中建筑物。

（4）知识点：静电的作用。

静电点亮日光灯的实验。跳泡的作用，产生高压，这个高压加速里面的电子，电子击穿这里面的气体，导致产生紫外线，紫外线打到荧光壁上[1]，就看到光了。如果没有跳泡，日光灯不亮。

实验内容：如果去掉跳泡，用带有静电的塑料丝团，它仍然可以加速里面的电子，点亮日光灯

（5）知识点：静电屏蔽。

实验一：导体丝编织的鸟笼形状的东西，红线挂在鸟笼外面，黄线挂在里面。带电后，红线都立起来了，黄线都耷拉着。说明鸟笼子的外壁有电荷分布，可是内壁没有电荷分布。即导体空腔里面不带电，外面带电。

实验二：高压线靠近静电计，静电计有反应。但是如果把导体丝编织的鸟笼子找在外面，这时候再把高压靠近它，就不会有反应了。

（6）知识点：电介质对电容大小的影响。

实验：平行板电容器，其中一个板上把静电计街上，指针张角代表电压的高低。用静电起电机给电容器充电，静电计张角开了，说明带电了。此时把接头拿开，也就是电容器孤立了，带的电荷量不变了。把电容器极板间加上电介质：水，此时由于Q不变，C变大，U变小，所以静电计张角变小。

（7）知识点：介质极化。

实验：两个平行板之间放了很多彩色纸条，给平行极板上加上电，这里面的纸条会发生极化，在电场的作用下，里面的纸条都已近竖起来了，这些纸条其实就是电介质。即：介质极化，纸条在电场中沿着电场线排列。

（8）知识点：压电性质。

实验：压电陶瓷片（铁电材料制成），两边加压时会出现极化电荷。把钟表放在压电陶瓷片上面，钟表的滴答声就传递给了压电陶瓷片，把这个信号传递给电信号放大器，效果是钟表的滴答声被放大了。

（9）知识点：温差电现象。

实验：铜和康铜组成一个回路，一边用冰水混合物，一边加热，形成温差电电动势，就会产生温差电流。就会产生磁场，磁场就会吸引铁块。证明两种不同的金属，比如铁和铜连成回路，加热其中一个接头，会形成温差电动势。

（10）奥斯特实验：

通电电流周围产生磁场，导线下面的小磁针发生偏转。

（11）洛伦兹力实验：高压加到真空管上，管里面会有电子束被高压加速，电子束的是直的。如果有磁场作用，电子束方向发生改变。

（12）知识点：超导磁悬浮。

磁铁上面放一个超导材料，超导材料降温，降到它的临界温度以下，这个超导材料将会悬浮在这个磁铁上方。实验说明了超导材料在临界温度以下的抗磁性。在外磁场的作用下，它有很强的排斥力，如果排斥力大于重力，就会悬浮在磁铁上方。直到它的温度转变到它的临界温度以上，就会掉下来。

（13）知识点：楞次定律。实验：左边小铝环有开口，右边小铝环完全闭合。用永磁铁棒插入有开口的铝环，铝环静止不动。再插入闭合的铝环，铝环随之转动。

（14）知识点：涡电流。实验：电磁灶上放上纸，再放上装有冷水的平底锅，通电以后，水开了，纸却安然无恙。原理：当高频电流通过线圈时，锅的底部产生变化的磁场，引起了涡流，从而产生焦耳热。 电磁灶就是利用这些热量来对食物进行烹调的。同理，为什么变压器的铁芯要用片状的硅钢片制成呢？如果铁芯是一个整块磁铁材料，它处于交变磁场中，在内部会引起很大的感应电流，这种呈涡旋状的电流称为涡流。涡流在铁芯内部产生有害的焦耳热，使铁芯温度升高，破坏线圈的绝缘。为了减小铁芯的涡流热效应，在垂直于涡流流通的方向上，将铁芯分割成片状，并对各片之间做绝缘处理，从而增大电阻，减小涡流热效应[2]。

（15）知识点：电磁波的发射和接收。

实验：左边是电磁波发射装置和偶极振子天线，右边又是一个偶极振子天线用来接收这个电磁波。当发射天线和接收天线平行时，接收的功率最大。越来越靠近时，灯泡越来越亮，接收的功率越来越大。如果发射天线和接收天线垂直，几乎接收不到电磁波，灯泡不亮。

三、总结

实验室的资源是有限的，能为同学们开放的大学物理实验也有限。通过大学物理知识与慕课实验的结合，使得学生除了按教学计划去物理实验室做几个固定实验。还能够通过慕课的学习接触到更多的实验，而且这些实验生动有趣又浅显易懂，将知识点用实验现象展现出来，使得学生對物理知识更感兴趣，激发学生的动手能力，更对生活中的物理现象进行探讨，这样的教学明显更受到学生的欢迎。今后也将继续往这个方向努力，愿为大学物理的教学起到一点积极作用。

参考文献：

[1]张宇，赵远.大学物理[M].北京：机械工业出版社，2011.7.

[2]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，2009.5.

作者简介：姚婧（1985-），女，汉族，山东烟台人，硕士，教师，讲师，研究方向：检测技术与自动化装置。