真正优化物理实验实现“智慧”物理课堂*—以探究法拉第电磁感应创新实验为例

2019-06-13王小庆

中国现代教育装备 2019年10期

王小庆

物理是一门以实验为基础的学科，绝大多数物理定律都是在大量实验的基础上归纳总结出来的，物理实验对物理学的发展和物理教学都起着极其重要的作用。在课堂上演示好物理实验，可以极大地帮助学生掌握物理实验的探究方法，更有助于学生深刻理解所要研究的物理规律的本质，从而激发学生学习物理的浓厚兴趣，转变以往被动的知识灌输模式，让学生走向积极的、主动的自主性学习，从而实现课堂的高效性。同时，随着科学技术的高速发展，物理实验仪器和实验方案正在发生翻天覆地的变化，依靠当今现代化的实验教学设备，有效课堂逐步迈向高效课堂，高效课堂逐步迈向“智慧课堂”[1]，最终实现智慧校园的建设。

将重点介绍法拉第电磁感应定律实验的改进与实验方案的优化，把定性分析演示实验改进成定量分析分组实验，让物理课堂变得更有探索性、更有趣味性。

一、法拉第电磁感应定律实验的器材创新和优化方案

法拉第电磁感应定律是人教版高二物理选修3-2第四章第4节的内容，电磁感应定律内容表述简洁，公式精炼，但传统的探究方法只是粗略地定性分析，(如图1所示)。现代化的探究方法往往也只是教师一个人在讲台上演示，全班学生在讲台下观看—现代化的实验探究是用DISLab数据采集器和配套的专用软件(如图2所示)，用数据采集器的方案中，还存在一些推广上的难题，首先，相当一部分学校电教设备还不齐全，教室内没有计算机，更谈不上用数据采集器收集数据和用软件处理数据；其次，即使电教设备较齐全，也极少有学校能实现让学生分组进行自主实验探究。

图1

图2

图1中传统的定性探究方法缺乏有力的实验数据，图2中现代化的探究方法有数据的强力支撑，但限于经济原因，目前还无法全面普及。此实验的难点在于如何测得电动势的瞬时变化值，为了使法拉第电磁感应定律探究实验更具可操作性、普及性，根据智慧校园的教学理念，将对实验做出如下改进。

首先，在实验器材方面，要测量电动势的瞬时值[2]，选用数字电压表(如图3所示)，为了能记录不断变化的瞬时值，采用现已广泛普及的手机功能—视频慢动作，通过视频慢动作一帧一帧记录电动势的瞬时变化值，(如图4所示)。为了让瞬时电动势的值大一些，此处选择用磁性超强的钕磁铁(如图5所示)。

图3

图4

图5

图6

在图6中，1，2，3，4，5代表线圈所在的位置，x1，x2，x3，x4，x5代表各线圈间距，6代表透明塑料管。

二、实验操作步骤和实验数据的处理

1.控制磁通量的变化率不变改变线圈的匝数探究E与n之间的关系

首先，将塑料管竖直固定起来，只在图6中3的位置放置线圈，把数字电压表和线圈连接好，打开手机摄影慢动作功能，一切准备就绪；然后，将铷磁铁从塑料管上端口静止释放，对数字电压表进行录像，通过视频慢动作回放，找到电动势的最大值，将数据记录在表1中。改变线圈的匝数，重复以上实验。

表1 电动势E的最大值和线圈匝数之间的关系

根据上表中记录的实验数据，以纵轴为电动势E，以横轴为线圈匝数，建立坐标系，描点绘图(如图7所示)，由此可得，电动势E的大小跟线圈匝数n成正比。

图7

首先，将塑料管竖直固定(如图6所示)，在塑料管1，2，3，4，5所在的位置放置相同匝数的线圈，并调整线圈之间的距离之比为x1：x2：x3：x4：x5=1:3:5:7:9，将第一个位置的线圈与数字电压表连接，打开手机摄影慢动作功能，一切准备就绪，将铷磁铁从塑料管上端口静止释放，对数字电压表进行录像，通过视频慢动作回放，找到电动势的最大值，将数据记录在表2中。然后，将数字电压表与第二个线圈连接，重复以上实验。