新教材中一个演示实验的改进

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内容摘要:一、问题的提出  在物理教学过程中,演示实验是学生认识物理规律的感性基础,是学生加深对物理概念理解的重要环节。人教版《全日制普通高级中学教科书(必修加选修)物理第二册》第十八章第三节中研究电感对交变电流阻碍作用的实验电路如图1,是利用双刀双掷开关S可以分别把这个

GB/T 7714-2015 格式引文:[1].新教材中一个演示实验的改进.[J]或者报纸[N].教学仪器与实验,(10)

正文内容

  一、问题的提出

  在物理教学过程中,演示实验是学生认识物理规律的感性基础,是学生加深对物理概念理解的重要环节。人教版《全日制普通高级中学教科书(必修加选修)物理第二册》第十八章第三节中研究电感对交变电流阻碍作用的实验电路如图1,是利用双刀双掷开关S可以分别把这个电路接到直流电源或交流电源上。教材要求在实验过程中取直流电压跟交流电压的有效值相等。当开关S接通直流电源时,灯泡亮些;接通交流电源时,灯泡变暗,就表明电感对交变电流有阻碍作用。这个实验看似简单但实际操作起来既烦又难达到教材的要求。该实验的设计存在以下两点不足:

  

  图1

  (1)实验中要求直流电压跟交流电压的有效值相等,需要一个非常复杂的电路来调节电压值,实行起来很不方便。

  (2)当开关S从直流电源扳到交流电源时,让学生观察同一只灯泡在不同时间里的亮度变化并对其进行比较,学生对实验结果的比较和判断有困难。

  针对以上问题,笔者在确保效果明显不失科学性的前提下,对该演示实验进行了改进并自制了示教板,经过多次反复演示,教学效果很好。

  二、实验改进的设计思想

  (1)为了达到实验的可比性,将两只相同的灯泡并联,如图2所示。为了调节在直流电源情况下,两只小灯泡的亮度相等。笔者在灯泡R[,2]上串联了一个53A的滑动变阻器R′。

  

  图2

  (2)无论电路是接直流电源还是接交流电源,只需观察两只灯泡的亮度变化便可直接比较判断电感和电容在交流(直流)电路中对电流的影响。

  (3)在改进自制教具时尽量考虑普通高级中学现有器材的利用。

  三、自制实验装置的要求

  (1)改进后的实验示教电路如图2、图3所示。

  

  图3

  (2)器材要求:R[,1]、R[,2]为规格完全相同的小灯泡(3.8V 0.3A或6.2V 0.3A);L为J2423的可拆变压器,用绿色线圈的0匝与400匝这两个抽头即可;R′为滑动变阻器,一般用阻值为5-10的即可,阻值太大调节效果不明显;S为双刀双掷开关;交、直流电源均可用J1202的高中学生电源;C为电容器(电容器的电容最好控制在20~300μF之间,可用电子线路实验箱中的电容器)。

  四、演示步骤及现象分析

  1.研究电感对交变电流的影响

  (1)电路如图2先将绿色线圈取出(无铁芯)做纯电阻电路演示,将开关S先接通直流电源,调节滑动变阻器使两灯亮度相同。然后再将开关S接通交流电源便会发现两只灯泡亮度仍然相同。

  现象分析:当线圈是纯电阻时对交变电流无影响。

  (2)将绿色线圈套入可拆变压器的U臂端,把开关S接通直流电源时,两只小灯泡的亮度相同。然后再把开关S接通交流电源,发现灯泡R[,1]明显比灯泡R[,2]暗。

  现象分析:电感有通直流、阻交流的作用。

  (3)将可拆变压器的条形铁轭放上后,当开关S接通直流电源时,两只小灯泡亮度相同。再把开关S接通交流电源时,发现灯泡R[,2]变亮,则R[,1]微亮或不亮。

  现象分析:电感越大,对交流电的阻碍作用也就越大。

  通过以上三次对电感L变化的演示,学生不但能十分肯定的判断出电感具有“通直流、阻交流”的特性,而且对电感对交变电流的影响这个概念也有了更深刻的理解。

  2.研究电容对交变电流的影响

  (1)如图3把开关S接通直流电源时,发现灯泡R[,1]不亮、灯泡R[,2]亮,再把开关S接通交流电源时,发现两灯泡均亮且灯泡R[,1]要比灯泡R[,2]暗,如又将电容C短接则会发现R[,1]和R[,2]亮度相同。

  现象分析:电容有隔直流、通交流的作用,但对交流也有一定的阻碍作用。

  (2)换用500~1000μF的大电容器时,把开关S接通直流电源,发现灯泡R[,1]不亮、灯泡R[,2]亮,再把开关S接通交流电源时,发现灯泡R[,1]比接小电容器时的亮度明显增加,两只灯泡的亮度几乎相同。

  现象分析:电容越大,电容器对交流电的阻碍作用就越小。

  五、改进后的演示实验优点

  (1)取材方便、操作简单、现象明显直观。

  (2)避开了直流电压跟交流电压的有效值相等这个难以实现的条件,化解了实验的难点。

  (3)将一只灯泡在不同时间的亮度变化比较改为在同一时间内两只灯泡亮度变化的比较,这样学生对实验现象易比较、易判断、易理解。

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