對教材一個演示實驗的改進

徐進旭

(膠州市第十中學 山東 青島 266300)

陳洪運

(膠州市第四中學 山東 青島 266300)

1 教材給出的演示實驗

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

圖1 對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.

這個實驗說明了什么？

2 對演示實驗的評價

該演示實驗直觀地展示了電感對交變電流的阻礙作用，對學生認知電感的“通直流阻交流”特性，起到了很好的鋪墊作用.但是，這個演示實驗有兩個不足之處 ，一是在解釋將燈泡接到交流電源上變暗的原因時，最好在線圈L上標出感應電動勢(或者是感應電流)的方向，讓學生直觀地看到，感應電動勢(或者感應電流)的方向與原電動勢(或者是原電流)的方向相反，這樣，更有利于學生理解電感對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.二是解釋“通低頻阻高頻”特性時，教材是這樣得出的，“實驗和理論分析都表明，線圈的自感系數越大，交流的頻率越高，電感對交流的阻礙作用就越大.”這個推理過程，既沒有讓人信服的直觀物理事實，又沒有理論分析的理論基礎，使“通低頻阻高頻”成了無源之水，學生感到迷茫不清，教師感到力不從心.為此,筆者將上述演示實驗做了一些改進，有效地解決了這兩個難題，收到了很好的效果.

3 對實驗的改進

(1)改進演示實驗的展示圖樣.將圖1中用符號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 改進的實驗電路圖

明確了線圈的繞向，就可以很順利地進行如下分析.當交流電源的極性為左正右負且電動勢正在增大時，回路中電源產生的電流I0也在增大，電流I0產生一個增大的磁場B0，從而使穿過電感線圈的磁通量增大，根據楞次定律可知，感應電流的磁場B′方向與B0相反，感應電流I′的方向與源電流I0的方向相反(或者感應電動勢的方向為左正右負，與交流電源的極性相反)，這正是電感線圈對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電動勢(或者感應電流)的方向標在電感線圈上，從而清楚地展示了電感對交變電流的阻礙作用，如圖3所示.這個直觀的圖示極大地減小了學生理解電感線圈對交變電流有感抗作用的難度.

圖3 標出感應電動勢(或感應電流)的方向

(2)添加一個高頻、低頻交變電源的對比實驗.

在學習電感線圈“阻高頻通低頻”的特性前，先給學生做一個演示實驗.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.通過實驗可以明顯看出，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，學生就非常自然地認識到，交流的頻率越高，電感線圈對交變電流的阻礙作用就越大，進而順理成章地得到電感線圈具有“阻高頻通低頻”的特性.通過這個改進演示實驗，使得該學習過程變得簡明自然、效果顯著.

圖4 對比高頻、低頻交變電源的實驗

4 教學反思

綜上所述，用語言來描述物理事實，揭示物理規律，常常有詞不達意的感覺，顯得蒼白無力.而一幅直觀簡潔的物理圖示，一個現象鮮明的演示實驗，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,我們在教學過程中，應當注意加強直觀圖示、演示實驗的應用和改進，使物理結論的得出更加流暢自然、簡明易懂.