巧用實驗室廢舊器材開發(fā)校本化物理實驗

胡鳳娣 王漢權(quán)

（江蘇省錫山高級中學(xué)，江蘇 無錫 214174）

實驗室每年使用中都會淘汰一大批損壞或陳舊的物理實驗器材.特別是近期由于實驗室改造，拆換舊的實驗桌時發(fā)現(xiàn)桌中有一套穩(wěn)壓電源組件，含有變壓器、電流電壓表、單刀多擲開關(guān)、旋轉(zhuǎn)變阻器以及焊接在電路板上的大量電阻、電容、電感線圈、二極管、干簧管等元器件.棄之真的很可惜，于是筆者和組內(nèi)教師組織部分學(xué)生把有關(guān)的元器件拆卸下來，分門別類地進行了整理（如圖1），并帶著學(xué)生一起進行相關(guān)的設(shè)計，開發(fā)出部分適合學(xué)校教學(xué)實際的校本化實驗.這不僅節(jié)約了成本，彌補了實驗資源的空白，又能把實驗融合在理論教學(xué)中，直觀地幫助學(xué)生認識規(guī)律，同時還能讓學(xué)生在動手操作中得到體驗，加深對實驗原理的理解，可謂是一舉多得.本文就把實踐中開發(fā)出來的部分實驗案例提供給廣大師生，以期大家共同研究并開發(fā)出更多更好的校本化實驗資源.

圖1 廢舊元器件

1 遠距離高壓輸電實驗演示板

遠距離高壓輸電教學(xué)中主要是分析輸電線上功率損失，讓學(xué)生體會提高電壓、降低電流、減少功率損失的原理.由于實驗室沒有現(xiàn)成的實驗裝置，教學(xué)中一般都是在黑板上畫高壓輸電示意圖（如圖2）進行講解和設(shè)計數(shù)據(jù).有的教師會利用兩只變壓器和長導(dǎo)線在講臺上進行實驗?zāi)M，能見度低，加之選用的是可拆變壓器，能量損耗大，往往達不到預(yù)期實驗效果甚至反而會干擾對規(guī)律的理解.而淘汰下來的電源變壓器能量損耗低，體積又小，可以固定起來做成一塊實驗演示板（如圖3），整個線路結(jié)構(gòu)一目了然，在使用中教師普遍反映實驗現(xiàn)象明顯，教學(xué)效果好.

圖2 高壓輸電示意圖

圖3 實驗演示板

（1）制作前準備.2只變壓器、接線柱若干、小燈泡2只、交流穩(wěn)壓電源1只、長導(dǎo)線2卷（若導(dǎo)線短實驗效果并不明顯，可在電線中串接一個小電阻，實驗時選擇合適電壓，保證燈L1正常發(fā)光，燈L2很暗很暗就行）.

（2）固定變壓器、接線柱、燈泡等.

（3）實驗操作.

實驗1：接上交流電源，觀察燈L1、L2亮度，引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)象及原因，認識輸電線上有較大的電壓或功率損失.

實驗2：燈L2接降壓變壓器兩端，將同樣的交流電源接升壓變壓器原線圈兩端，長導(dǎo)線接高壓回路中，觀察燈L2的亮度并與實驗1進行比較，進一步理解高壓送電的原理和特點.

（4）注意事項.實驗前可調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，以達到最佳實驗效果，高壓回路中有高壓，要注意安全.

2 變壓器輸入功率由輸出功率決定的實驗演示板

變壓器規(guī)律教學(xué)中，輸出電壓由輸入電壓和原副線圈匝數(shù)比決定，學(xué)生容易接受，而輸入功率卻由輸出功率決定，學(xué)生不能接受和理解，特別是當(dāng)副線圈空載時，一致認為雖存在線圈的感抗，但原線圈上電流不會為0，學(xué)生不能接受輸入功率為0的事實.為了突破這個教學(xué)難點，可利用變壓器和若干小燈泡、開關(guān)做成實驗演示板（如圖4），讓學(xué)生觀察直觀的實驗現(xiàn)象，理解起來就容易多了.實驗中，依次通斷 S1、S2、S3、S4，觀察串接在原線圈電路中燈L的亮度變化情況，特別是當(dāng)副線圈的燈泡全部斷開時，學(xué)生清晰地看到燈L真的不亮，說明原線圈電流為0，副線圈無功率輸出，則原線圈也無功率輸入.

圖4 變壓器實驗電路圖和演示板

3 電容電感對交流電阻礙影響因素研究的實驗示教板

圖5 電容電感實驗電路圖及實驗示教板

4 制作簡易黑箱判斷電路和干簧管控制電路

拆下電路板上的電阻、電容、二極管等元件，可以利用小電路板進行焊接，留出1、2、3、4四個接線柱，成為一簡易黑箱元件探究電路，用于課堂分組實驗或課外拓展性課程中使用（如圖6）；還發(fā)現(xiàn)電路板上有兩個保護用的干簧管，平時學(xué)生也只是能看到其外形，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制作用也僅局限于看書和聽講，如果能指導(dǎo)學(xué)生利用干簧管、小燈泡、電池焊接成一個簡易電路，利用磁鐵來控制燈泡的通斷，學(xué)生對干簧管控制作用的認識就非常深刻，課堂演示學(xué)生作品也讓學(xué)生很有成就感（如圖7）.

圖6 簡易黑箱元件探究電路演示板

圖7 學(xué)生作品

5 開發(fā)測定電表內(nèi)阻和制作簡易多用電表的拓展性實驗

在拆下的器材中發(fā)現(xiàn)有大量表頭，表頭均沒損壞，但表頭參數(shù)已模糊不清，加之正好有一塊適中的電路板和若干阻值不同的電阻、旋轉(zhuǎn)變阻器和單刀多擲開關(guān)，為何不利用這些元器件嘗試開發(fā)一些課外興趣實驗進行深度學(xué)習(xí)呢？于是電路設(shè)計、計算求解、元件組裝、調(diào)試等各個活動環(huán)節(jié)中學(xué)生都表現(xiàn)出極大的興趣熱情，也特別投入，一是在選擇測定電表參數(shù)（Ig、Rg）電路上指導(dǎo)他們做了大量的研究比較，極大地拓寬了課內(nèi)伏安法測電阻的實驗原理；二是學(xué)生很樂意去計算簡易多用電表電路圖中的各電阻值，甚至為了得到一個比較精確的電阻，會采用串并聯(lián)知識來完成；三是更喜歡動手，在焊接拼裝元器件上舍得花時間，并力求把作品做得更精致漂亮，這種實驗的開發(fā)能很好地把課內(nèi)知識延伸到課外，又能在動手操作中讓學(xué)生充分理解課內(nèi)所學(xué)知識，學(xué)生的作品成功參加了科技節(jié)的評比，該實驗的活動方案也被列入學(xué)校校本化精品實驗課程之中.

（1）實驗前準備.待測電流表頭G（或拆除電流表電壓表中一些附件得到電流表頭）1只、可旋轉(zhuǎn)變阻器2只、電阻箱1只、單刀多擲開關(guān)1只、電池盒（1.5V、9V）2只、電烙鐵一把、電阻及接線柱導(dǎo)線若干.

（2）通過電路探究選擇較合理較精確的電路測定電流表的滿偏電流Ig及內(nèi)阻Rg（如替代法、半偏法等如圖8示）.

圖8 測定電表參數(shù)電路圖

（3）根據(jù)實驗測得的電表參數(shù)（Ig、Rg）及所要設(shè)計的大致各擋量程，結(jié)合多用電表電路圖（如圖9）計算出相應(yīng)的R1、R2、R3、R4阻值，其中R1、R2阻值特別小，很難找到，可用漆包線在電阻上繞制得到，R3、R4可結(jié)合串并聯(lián)知識組合較準確得到，實際操作中還需要在最后校準電表時對各擋量程作一些適當(dāng)調(diào)整.

圖9 多用電表電路圖

（4）把舊電路板上元件全部拆掉，利用小鋸條將電路板上銅箔分割成一塊塊不相連的像面包板一樣的連接點，固定電流表頭、變阻器、多擲開關(guān)，紅黑表筆接線柱，并留出空間在背面放置1.5V和9V的電池（盒）.

（5）根據(jù)步聚（3）中計算或繞制好的電阻進行焊接，并通過短導(dǎo)線連接表頭、電阻器、多擲開關(guān)及電池等元器件，最后用接線柱引出紅黑測量表筆.

圖10 簡易多用電表（學(xué)生作品）

（6）量程校準和制作擋位盤、刻度盤.選擇標準電壓表、電流表和電阻箱對所改裝的多用電表各擋進行校準，確定最終的各擋量程，然后在白紙上畫出對應(yīng)擋位和量程值，制好成擋位盤，用膠水粘貼多擲開關(guān)對應(yīng)位置.考慮到拆開表盤容易損壞表針，可用一塊透明塑料紙片剪成表盤形狀，畫出零點和各擋最大量程值，電流電壓可直接利用原表盤的均分刻度，而歐姆表的表盤需要一一進行校對和刻度數(shù)值，最后膠貼在表盤正上方，一個簡易多用電表就算大功告成了.（本文的學(xué)生作品是在白紙上做好刻度后用薄雙面膠粘連在表內(nèi)刻度盤上，效果也比較好，如圖10）.

以上僅僅是利用實驗桌中廢舊的電源組件開發(fā)出來的部分實驗示教板及拓展實驗課程，其實身邊可以利用的廢舊器材很多，只要用心去收集整理，精心去規(guī)劃設(shè)計，真心去研究開發(fā)，所積累的實驗資源就會越來越多，對教學(xué)的積極作用也會越來越明顯，更為重要的是師生一起共同研究實驗、開發(fā)實驗，不僅滿足了學(xué)生濃厚的興趣要求，又能讓學(xué)生在實踐中自己去體驗感悟，去思考發(fā)現(xiàn).這無疑會徹底改變原有的課堂教師講實驗、學(xué)生課后記實驗、紙上操作畫實驗的教學(xué)模式，對優(yōu)化物理課程教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)是大有裨益的.