巧用磁性板助力高中物理實驗教學

江蘇省高郵市第一中學(225600) 于 淼 傅友東 金 冬

物理是一門以實驗為基礎的學科，巧妙地借助于生活中的各種器具來改良和創(chuàng)新物理實驗，尤其是通過一個器材設計多個實驗即一物多用，引起越來越多教師的興趣。通過改良和創(chuàng)新物理實驗能更好地將物理規(guī)律呈現(xiàn)在學生面前，使學生能更好地理解相關物理規(guī)律和概念。下面，以磁性板為例，淺談物理實驗的改良與創(chuàng)新。

1 磁性寫字板原理

磁性寫字板是利用磁體的同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引的原理。磁性寫字板共分為3層結(jié)構，最重要的中間層的網(wǎng)狀孔中裝有永磁鐵磁芯(磁粉是需要充磁后具有一定的磁力才可以)和乳油。需要磁性筆和磁性力板擦配合使用。當利用磁性筆在板上寫字時，磁芯被磁性筆所吸引，附著在外層面下，面板上就顯示出字跡。當使用寫字板下面的磁性力板擦時，板擦滑過寫字板磁芯就被吸下去，面板上的字就消失了。這樣就可以在寫字板上流暢的書寫和靈活的消除字跡。

當有磁性的物體在磁性寫字板劃過時就可以顯示出該物體的軌跡，利用這個特點可以借助于磁性寫字板完成物理實驗。筆者利用磁性寫字板巧妙地設計了幾個實驗，助力高中物理教學，現(xiàn)象非常的明顯，以供參考。

2 3個改良實驗

實驗1：研究曲線運動的速度方向。

實驗器材：磁性板、3個3D打印的木塊、磁性球。

實驗過程：由3D打印機打印的3個木塊可以組裝成圖1中的裝置放在磁性板上，下面分別用3個木塊作實驗。①用木塊1，給磁性球一個初速度讓磁性球沿木塊1運動，可以得到從木塊1端點出去的運動直線；②將木塊2組裝到木塊1上，再給磁性球一個初速度讓磁性球沿木塊運動，可以得到從木塊2端點出去的運動直線；③將木塊3組裝到木塊2上，再給磁性球一個初速度讓磁性球沿木塊運動，可以得到從木塊3端點出去的運動直線。拿走3個木塊，圖2中得到磁性球3次運動的軌跡。

圖1 實驗裝置

圖2 運動軌跡

實驗結(jié)論：通過實驗可以很清楚得到，磁性球從3個木塊出去后都是作直線運動，該直線是沿著該點的切線方向，說明物體作曲線運動時在某點的速度方向就是沿著該點的切線方向。

實驗2：研究曲線運動的條件

實驗器材：磁性板、強磁鐵、磁性球、木片(見圖3)。

圖3 實驗器材

實驗過程：①強磁體不放在磁性板上，只用木片彈動磁性球，給磁性球一個初速度，磁性球做直線運動，運動軌跡如圖4(a)所示；②將強磁體放到磁性板的一側(cè)，再給磁性球一個初速度(放磁性球時要注意使磁性球靠近強磁體的一側(cè)要能相吸)，磁性球做曲線運動，運動軌跡如圖4(b)所示。

(a)

實驗結(jié)論：通過對比兩個實驗現(xiàn)象可以看出磁性球在側(cè)面不受力時做直線運動，側(cè)面受力時(即力與速度不共線)，磁性球不再沿原來的方向運動，而是改變運動方向做曲線運動。做曲線運動的條件是作用在物體上的力的方向與物體的運動方向不在一條直線上。

實驗3：研究磁鐵產(chǎn)生的磁場(磁感應線)

為了形象地描述磁場，引入了磁感應線概念，而磁場產(chǎn)生的感應線不容易顯示出來，這里借助于磁性板就能將單個條形磁鐵的磁感應線顯示出來，效果很好。

實驗器材：磁性板、5個強磁鐵(組成一個條形磁鐵)。

實驗過程：如圖5所示，取一個條形磁鐵放到磁性板上，就會出現(xiàn)磁感應線，向兩側(cè)再稍微滾一下，可以使兩側(cè)的磁感應線顯示得更加清晰，拿走磁鐵后磁感應線如圖6所示。

圖5 條形磁鐵

圖6 顯示出的磁感應線

實驗結(jié)論：通過磁性板的顯示，可以清楚地看到越靠近磁極，磁感應線越密，尤其可以看到一條條從一個磁極到另一個磁極的磁感應線。與平時所用的磁感線示意圖很相似。用此方法還可以顯示兩個異性磁極靠近的磁感應線，效果也是非常好的。

3 小結(jié)與展望

以上就是通過磁性板改良的3個創(chuàng)新實驗，實驗都非常明顯，效果都很好，借助這3個實驗可以使物理課堂更具有趣味性和探究性，有利于物理教學的開展，也有利于學生對相關物理概念的理解。教師們還可以通過磁性板或生活中的其他器材設計更多的物理創(chuàng)新實驗，也可以引導學生參與到實驗的設計中來，既有助于物理教學的開展，又有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，能夠更好地提高學生的物理核心素養(yǎng)。