電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)探討

林三虎

摘 要：物理是一門(mén)源自于生活的學(xué)科，側(cè)重理論與實(shí)踐相結(jié)合。在高物理教學(xué)過(guò)程中，演示實(shí)驗(yàn)占據(jù)重要地位，是為配合物理教學(xué)內(nèi)容，由教師在課堂上為物理教學(xué)情景化向?qū)W生表演的示范實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生能夠清晰看到相應(yīng)的物理現(xiàn)象和過(guò)程，加深對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)。為使物理電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)效果更佳，文章特探討相關(guān)的改進(jìn)途徑和方法。

關(guān)鍵詞：電磁學(xué);演示實(shí)驗(yàn);改進(jìn)

一、物理電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀

當(dāng)前教材中部分物理電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)仍存在較多問(wèn)題，特別是應(yīng)試教育的教學(xué)背景下，分?jǐn)?shù)是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和教師教學(xué)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)情況下，教師會(huì)盡最大可能是簡(jiǎn)化教學(xué)方法，仍舊采用傳統(tǒng)的講授方法，只是結(jié)合考試大綱設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，考試考什么就講什么。

其次，部分學(xué)校受教學(xué)經(jīng)濟(jì)條件影響，教學(xué)儀器相對(duì)缺乏，加上學(xué)生和教師在升學(xué)率的影響下，把原本應(yīng)該是探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，變成了形式實(shí)驗(yàn)，單純教師的單方面演示，減少了學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)。

在電磁學(xué)中的一些原理和定理，需要演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生明白，也都因?yàn)榻處煹牟恢匾?、儀器設(shè)備缺乏、實(shí)驗(yàn)效果不理想，把演示實(shí)驗(yàn)改成實(shí)驗(yàn)題訓(xùn)練，由教師收集編制大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試題給學(xué)生做，讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)付考試的能力，但實(shí)踐能力沒(méi)有得有有效的提升。

二、物理電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

（一）提升教師電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)實(shí)踐意識(shí)

在當(dāng)前新時(shí)期教學(xué)理念要求下，高中物理教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)應(yīng)試教育觀念，在教學(xué)工作開(kāi)展過(guò)程中積極開(kāi)發(fā)物理電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，以求更好地對(duì)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。這就要求教師提升對(duì)電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度，及時(shí)對(duì)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的轉(zhuǎn)變和加工。

（二）構(gòu)建形式多樣的物理電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)室

在開(kāi)展電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，教師需要運(yùn)用更多與生活實(shí)際相關(guān)聯(lián)的物件，才能更形象生動(dòng)地把實(shí)驗(yàn)原理展示給學(xué)生，讓學(xué)生更加貼合生活實(shí)際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這時(shí)，教師需要根據(jù)物理教材中相關(guān)電磁學(xué)的知識(shí)內(nèi)容對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行優(yōu)化整合，還可以堆廢棄的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行升級(jí)改造，這時(shí)就需要有完善物理電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)室，使其實(shí)驗(yàn)儀器豐富多樣。

（三）電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)實(shí)例

（1）發(fā)電機(jī)原理演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

人教版初中物理中《電與磁》第四節(jié)《電動(dòng)機(jī)》中涉及的發(fā)電機(jī)，是日常生活中真實(shí)存在的物件，學(xué)生對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)存在一定的了解，而發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理是電磁感應(yīng)。在學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)電機(jī)原理時(shí)主要是透過(guò)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ颓啡敝庇^視覺(jué)效應(yīng)，需要借助電壓表、電流表等儀器來(lái)感知微弱的電流與電壓的變化。為此，在原有的演示實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突A(chǔ)上可以做以下改進(jìn)：

同時(shí)，演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)也可以通過(guò)將電生磁管作為發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)來(lái)源，首先，可以促使閉合線圈受到的電磁場(chǎng)強(qiáng)度能夠更好地定量控制，更直觀感受不同電磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁生電的影響;其次，在不改變閉合線圈繞轉(zhuǎn)方向的情況下，可以隨時(shí)改變磁場(chǎng)方向，從而更好地演示出磁場(chǎng)方向改變對(duì)電流方向改變的影響。具體如下圖一所示：

（2）靜力場(chǎng)中帶電體的受力實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

根據(jù)人教版高中物理課程安排，對(duì)于靜力場(chǎng)中帶電體的受力實(shí)驗(yàn)是通過(guò)電源、U型磁鐵、光滑導(dǎo)軌、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等實(shí)驗(yàn)器材構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)原理圖如下圖二所示：

利用電磁學(xué)相關(guān)知識(shí)，我們可以通過(guò)一系列的改進(jìn)措施，把演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加豐富。首先，由圖一所示，靜力場(chǎng)是U型磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，但U型磁鐵周?chē)碾姶艌?chǎng)分布并不是十分均勻，在課本上知識(shí)點(diǎn)中將N極和S極之間的電磁線理想化處理，使得通電導(dǎo)體是處于均勻垂直的電磁線矩陣當(dāng)中，但在演示實(shí)驗(yàn)中，這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不能理想化，也會(huì)使學(xué)生通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論大打折扣，無(wú)法直觀得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。那么根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象原理，可以?xún)?yōu)化為靜力場(chǎng)可以由交流線圈產(chǎn)生，具體如圖三所示。將U型磁鐵替換成桶狀的電生磁結(jié)構(gòu)，能有效改善傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)中非均勻、不垂直電磁線對(duì)通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的影響。

除此之外，也可以利用非固定產(chǎn)磁物質(zhì)進(jìn)行磁場(chǎng)模擬，例如可以利用電流表對(duì)電磁場(chǎng)的強(qiáng)弱程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)物理公式F=BIL可以得出，當(dāng)通電導(dǎo)體周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)度，也就是B出現(xiàn)變化時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度將隨之出現(xiàn)變化。借助演示實(shí)驗(yàn)中通電導(dǎo)體棒在不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)中受力偏轉(zhuǎn)情況演示，讓學(xué)生可以直觀感受到電流大小和電流方向改變將對(duì)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的相應(yīng)影響。

（3）磁極間相互作用演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

在人教版初中物理選修3-1第三章第一節(jié)《磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)》中，關(guān)于磁極間的相互作用演示實(shí)驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，通過(guò)用繩子吊住兩根條形磁鐵，讓學(xué)生觀察兩個(gè)磁體中，當(dāng)異性磁極靠近是出現(xiàn)的現(xiàn)狀和同性磁極靠近出現(xiàn)的現(xiàn)狀的區(qū)別作出實(shí)驗(yàn)結(jié)論“同性相斥，異性相斥”。但實(shí)際演示過(guò)程中，單純用一條細(xì)繩幫助的磁鐵很難妥善掌控，很容易出現(xiàn)操作不慎，兩個(gè)磁體就會(huì)碰在一齊的現(xiàn)象，教師不僅無(wú)法很好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生也無(wú)法很好地感受到磁體間相互排斥或吸引的作用原理。因此，在演示實(shí)驗(yàn)中，可以做如下改進(jìn)：

通過(guò)簡(jiǎn)單的改進(jìn)，把收集的生活素材融入到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，學(xué)生更易于觀察，同時(shí)又富有趣味性，挑起學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，積極主動(dòng)投入物理知識(shí)學(xué)習(xí)當(dāng)中。

三、結(jié)語(yǔ)

物理學(xué)科是初中眾多學(xué)科當(dāng)中關(guān)鍵性最強(qiáng)的組成部分。電磁學(xué)是初中物理知識(shí)體系中較為抽象難以具象化的內(nèi)容之一，是教師眾多授課工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。同時(shí)，課堂上的授課時(shí)間是非常寶貴的，課堂演示實(shí)驗(yàn)需要教師精心設(shè)計(jì)，不僅要簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，更要聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際，傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)代學(xué)生對(duì)知識(shí)獲取的需求。通過(guò)不斷的電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)原理學(xué)習(xí)更有效直觀，同時(shí)也提升了對(duì)電磁學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李玉蓉.利用家用電器進(jìn)行高中物理電磁學(xué)教學(xué)資源開(kāi)發(fā)研究[J].學(xué)周刊，2018（30）.

[2] 楊華龍.高中電磁學(xué)在生活中的應(yīng)用研究[J].通訊世界，2019（01）.

[3] 余春婧.電磁學(xué)中自制教具設(shè)計(jì)要求和制作方法[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2018（02）.

[4] 黃潔，張瑋.新課程下的高中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017（04）.

[5] 彭勇宜，何軍，孫克輝，等.電磁學(xué)教與學(xué)思路探析[J].物理通報(bào)，2018（02）.

[6] 廖天翔.電磁學(xué)現(xiàn)象與應(yīng)用探析[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（04）.

基金項(xiàng)目：此文系甘肅省“十三五（2018）規(guī)劃課題：初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化的創(chuàng)新與實(shí)踐研究”成果之一，項(xiàng)目編號(hào)：GS[2018]GHB3217。