對(duì)教材一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

徐進(jìn)旭

(膠州市第十中學(xué) 山東 青島 266300)

陳洪運(yùn)

(膠州市第四中學(xué) 山東 青島 266300)

1 教材給出的演示實(shí)驗(yàn)

高中教材(人教版)《物理·選修3-2》第五章第3節(jié)“電感和電容對(duì)交變電流的影響”中，有一個(gè)展示電感對(duì)交流電阻礙作用的演示實(shí)驗(yàn)，如圖1所示.

圖1 對(duì)比兩種情況下燈泡的亮度

把帶鐵芯的線圈L與小燈泡串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，如圖1(a)所示;再把它們接到交流電源上，如圖1(b)所示.取直流電源的電壓與交流電源電壓的有效值相等，觀察兩種情況下燈炮的亮度.

這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么？

2 對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)

該演示實(shí)驗(yàn)直觀地展示了電感對(duì)交變電流的阻礙作用，對(duì)學(xué)生認(rèn)知電感的“通直流阻交流”特性，起到了很好的鋪墊作用.但是，這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)不足之處 ，一是在解釋將燈泡接到交流電源上變暗的原因時(shí)，最好在線圈L上標(biāo)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或者是感應(yīng)電流)的方向，讓學(xué)生直觀地看到，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或者感應(yīng)電流)的方向與原電動(dòng)勢(shì)(或者是原電流)的方向相反，這樣，更有利于學(xué)生理解電感對(duì)交變電流的阻礙作用.由于該圖沒有展示出線圈的繞行方向，因而無法做到這一點(diǎn).二是解釋“通低頻阻高頻”特性時(shí)，教材是這樣得出的，“實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明，線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，電感對(duì)交流的阻礙作用就越大.”這個(gè)推理過程，既沒有讓人信服的直觀物理事實(shí)，又沒有理論分析的理論基礎(chǔ)，使“通低頻阻高頻”成了無源之水，學(xué)生感到迷茫不清，教師感到力不從心.為此,筆者將上述演示實(shí)驗(yàn)做了一些改進(jìn)，有效地解決了這兩個(gè)難題，收到了很好的效果.

3 對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

(1)改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)的展示圖樣.將圖1中用符號(hào)表示的電感線圈改為能看清線圈繞向的電感線圈，如圖2所示.

圖2 改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)電路圖

明確了線圈的繞向，就可以很順利地進(jìn)行如下分析.當(dāng)交流電源的極性為左正右負(fù)且電動(dòng)勢(shì)正在增大時(shí)，回路中電源產(chǎn)生的電流I0也在增大，電流I0產(chǎn)生一個(gè)增大的磁場(chǎng)B0，從而使穿過電感線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)B′方向與B0相反，感應(yīng)電流I′的方向與源電流I0的方向相反(或者感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)樽笳邑?fù)，與交流電源的極性相反)，這正是電感線圈對(duì)交變電流有阻礙作用的原因所在.由于有了線圈的繞向，就可以在圖中將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或者感應(yīng)電流)的方向標(biāo)在電感線圈上，從而清楚地展示了電感對(duì)交變電流的阻礙作用，如圖3所示.這個(gè)直觀的圖示極大地減小了學(xué)生理解電感線圈對(duì)交變電流有感抗作用的難度.

圖3 標(biāo)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或感應(yīng)電流)的方向

(2)添加一個(gè)高頻、低頻交變電源的對(duì)比實(shí)驗(yàn).

在學(xué)習(xí)電感線圈“阻高頻通低頻”的特性前，先給學(xué)生做一個(gè)演示實(shí)驗(yàn).將圖1(a)中的直流電源改為頻率較高的交流電源，如圖4所示.通過實(shí)驗(yàn)可以明顯看出，電源交流頻率較高的電路中，燈泡的亮度較暗，而交流頻率較低的電路中較亮.這樣，學(xué)生就非常自然地認(rèn)識(shí)到，交流的頻率越高，電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用就越大，進(jìn)而順理成章地得到電感線圈具有“阻高頻通低頻”的特性.通過這個(gè)改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)，使得該學(xué)習(xí)過程變得簡明自然、效果顯著.

圖4 對(duì)比高頻、低頻交變電源的實(shí)驗(yàn)

4 教學(xué)反思

綜上所述，用語言來描述物理事實(shí)，揭示物理規(guī)律，常常有詞不達(dá)意的感覺，顯得蒼白無力.而一幅直觀簡潔的物理圖示，一個(gè)現(xiàn)象鮮明的演示實(shí)驗(yàn)，卻往往能快速清晰地展示出全部重要的物理信息，具有語言所不能代替的作用.為此,我們?cè)诮虒W(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)注意加強(qiáng)直觀圖示、演示實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用和改進(jìn)，使物理結(jié)論的得出更加流暢自然、簡明易懂.