高中物理實驗教學中不容忽視的問題

黃建洪

【摘要】物理課堂教學應注重實驗教學細節(jié)，充分準備實驗器材，保證實驗的安全性、科學性、實效性。實驗教師要由“機械管理型”角色向“質(zhì)量管理型”角色轉變，引導學生進行分組實驗，啟發(fā)、誘導學生討論和分析問題，以此激發(fā)學生的興趣愛好，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。

【關鍵詞】高中物理;實驗教學;安全操作;誤差分析;數(shù)據(jù)處理;啟發(fā)和誘導

“無實驗不物理”充分體現(xiàn)了實驗教學在物理課堂中的重要作用。但在實驗教學過程中往往要注重很多細節(jié)，準備不足、使用不當，稍有不慎就會釀成大錯，小則誤差偏大、器材損壞，大則發(fā)生危及生命的安全事故。因此，細節(jié)決定了成敗。下面以“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系”實驗教學為例，談談在實驗教學中不容忽視的問題。

一、電路的安全操作

在操作中，變壓器務必加上鐵芯，鐵芯要形成一個閉合電路。否則，沒有鐵芯的線圈外加一個交流電壓并長時間通電時，引起的自感很小，但通過線圈的電流過大，很容易燒毀線圈。在連接電路時，學生電源開關一定要斷開，使整個變壓器處于不帶電的狀態(tài)。連好電路，要求各小組成員互相檢查，核對無誤后，由指導教師再審核一遍。對于學生電源，選擇的電壓不能高于6V，原副線圈的匝數(shù)比不能低于1/6，根據(jù)原副線圈電壓與匝數(shù)的關系U1：U2=N1：N2，當U1≥6V，N1：N2=1/6可導致輸出電壓U2≥36V，高于人的安全電壓，對人體造成危險，盡管輸出電壓沒有高于36V，但在變壓器通電時，操作人員也不要接觸裸露的導線和接線柱。在更換線圈的匝數(shù)時，電源開關始終要斷開。用多用電表測量副線圈電壓時，務必選擇交流電壓檔，要用最大的量程進行試觸，確認被測電壓的最大值后，選擇合適的量程進行測量，絕對不允許選用電流檔或電阻檔的多用電表與副線圈的接線柱相連，否則會燒壞多用電表。

二、實驗的誤差分析

理想變壓器在傳輸能量時沒有能量損失，但在實際的變壓器中，會通過多種途徑損失部分能量。變壓器通電時，由于通過原副線圈每一匝的磁通量不盡相等，存在漏磁，是造成誤差的原因之一。原副線圈都有一定的電阻，依據(jù)焦耳定律，在線圈中產(chǎn)生熱量時，存在銅損，是造成誤差的原因之二。當交流電流通過原線圈時，隨時間變化的磁通量會在副線圈產(chǎn)生感應電動勢，同時也在鐵芯中產(chǎn)生感應電動勢，發(fā)生渦流，存在鐵損，是造成誤差的原因之三。測量副線圈產(chǎn)生的電壓時，需要對電壓表進行多次讀數(shù)，讀數(shù)是造成誤差的原因之四。只要全面深入地分析產(chǎn)生誤差的原因，只要在誤差范圍內(nèi)，就能較準確地判斷原副線圈的電壓與匝數(shù)的關系。

三、數(shù)據(jù)的處理方法

本實驗是用控制變量法進行實驗探究，先是控制原線圈電壓與匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)后記錄副線圈的電壓，然后控制原線圈電壓與副線圈的匝數(shù)不變，多次改變原線圈的匝數(shù)后記錄副線圈的電壓，即U1，N1不變，研究N2與U2的關系;U1，N2不變，研究N1與U2的關系。根據(jù)實驗情況，涉及的物理量數(shù)據(jù)有四個，應該用表格法處理實驗數(shù)據(jù)。實驗前就要制作好表格，做一個頂層設計，通過一個表格就能清晰呈現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)和結果，推斷和說明物理規(guī)律或物理問題，不能多個表格，遍地開花，雜亂無章。更不要在實驗操作中用一張白紙隨意記下實驗數(shù)據(jù)，憑借紙上的原始記錄來分析推理實驗結果。這種情況會導致不同類別的數(shù)據(jù)交叉混雜，真實數(shù)據(jù)脫節(jié)。下面是本實驗的表格：

四、器材的準備工作

分組實驗一般有28個小組，每組有4名學生。在學生開展探究實驗前，實驗員必須要做好充分的準備工作，把實驗需要的器材擺放在每組的桌面上，檢查每項器材是否完整，包括每條導線兩端的夾子要接觸良好、學生電源與電表可正常使用、變壓器無損壞等，并對每組的器材進行組裝和調(diào)試，直到實驗現(xiàn)象明顯、實驗數(shù)據(jù)較準確時才可以交付給學生做實驗。在此基礎上，學生只要按照正確的實驗方法和步驟進行操作，在規(guī)定時間內(nèi)會順利完成本實驗的各項任務，就可以達到良好的實驗效果。作為實驗教師，多年來的實踐證明，沒有進行組裝和調(diào)試的實驗器材，很容易在實驗中出現(xiàn)故障、實驗模糊、效果欠佳等情況，甚至造成器材的損害。因此，精心準備實驗是確保每個學生高質(zhì)量做好實驗、高水平完成實驗操作的重要前提。下圖為本實驗裝置：

五、教師的規(guī)范引導

科任教師在開展實驗教學時，要引導每一個學生高度重視，認真對待，積極參與分組實驗，細致指導學生規(guī)范實驗操作，提醒學生按照要求完成實驗報告。在實驗教學的巡回指導中，實驗教師不僅要充當忠實的“管理員”，還要結合高考的靈活多變，邊指導邊提問，由“機械管理型”角色向“質(zhì)量管理型”角色轉變。如，提問“變壓器原、副繞圈的電壓比等于匝數(shù)比，說明變壓器可以升壓或降壓，那么，當N2>N1時，變壓器就變成了什么變壓器？當N1>N2時，又變成了什么變壓器？在升壓變壓器中，原、副線圈中的電流哪個大？原、副線圈中導線的橫截面積哪個較大？從發(fā)電站輸送出來的電壓是高電壓，但家庭電路的電壓是220V的低電壓，則需要什么變壓器進行電壓變換？變壓器可以改變交變電流的電壓，那么是否可以改變交變電流的周期和頻率？”通過啟發(fā)和誘導，激發(fā)學生的探究欲望和學習物理的興趣，在“樂趣”與“知識遷移”中，充分調(diào)動學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的積極性與主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，落實核心素養(yǎng)。

責任編輯? 羅燕燕