改进物理电磁实验 增强教学演示效果

物理学是一门以实验为基础的学科，直观易懂的实验现象是学习物理知识、研究物理问题的重要方法和手段。对书本上的一些演示实验加以改进，能进一步培养学生善于观察的能力和勤于思考的意识，使学生变模糊为清晰，从而能够提高学习物理的积极性。现对初中物理课本中三个电磁学实验作如下改进。

一、奥斯特实验

1820年4月的一天丹麦的物理学家奥斯特在给学生做演示实验时发现“通电导线周围小磁针发生偏转揭示了电可以转化为磁”的现象。这个实验如今在人民教育出版社出版的新教材八年级下册课本第68页（图9.3-2）中是这样演示的：让一节干电池短路，造成很大放电电流，使导线周围的小磁针在电磁场中发生了偏转，而磁场的基本性质是能对放入其中的磁体产生力的作用，证明电能生磁。该演示实验的缺点是只能将干电池以快速接触的方式短接（避免烧坏电源），而在极短时间内学生来不及观察现象，就算能观察最多也只能看到小磁针动了一下，不能观察到它的偏转方向与电流方向有关，更不能观察到它的偏转角度与电流强弱的关系了。针对以上不足，可以将这个实验进行如下改进：将开关、螺线管、滑动变阻器串联接入4-6V学生电源，将小磁针放到螺线管周围，闭合开关，滑动变阻器滑片，能观察到小磁针的偏转，并且能让学生知道通电导线周围的磁场强弱与通电电流的大小有关，改变电流的方向，让学生观察到磁场的方向与电流的方向有关，改变小磁针放置位置，还能观察到通电螺线管周围磁场的方向，将螺线管换成一根细铜丝，除了能让学生观察到以上现象，还能比较通电直导线和通电螺线管周围磁场方向的不同。这样操作，既具有科学性，又让学生明白了电能生磁的道理，还能成功引入安培定则的教学，让学生们感受电和磁之间联系的真切，明白磁现象的电本质。

二、磁场对通电导线的作用的实验

该演示实验在人民教育出版社出版的新教材八年级下册第79页（图9.6-1）。它是将导体放在水平金属支架上做的。由于金属支架有摩擦对导体有阻碍作用，还有导体与金属支架接触不良等因素的影响，加上金属架底座难以调平，实验现象不明显，有时甚至做不成功。改进实验的办法是：将细焊锡条（电阻小、质量小）焊接在两根细长而柔软的铜丝上，用焊锡条取代切割磁感线运动的导线，两根细铜丝既是导线又是悬挂焊锡条的“摆线”，将细铜丝悬挂在铁架台上，焊锡丝置于蹄形磁铁内，并将铜丝与开关、滑动变阻器串联接入4-6V学生电源，将滑动变阻器滑片滑到合适位置，闭合开关，学生能明显观察到导线偏离了平衡位置，说明了磁场对电流有力的作用；滑动滑动变阻器滑片，改变电流的大小，偏角不同，说明磁场对导线力的大小与电流大小有关；改变电流的方向，导线偏离平衡位置的方向不同，说明磁场对电流的作用力的方向与电流方向有关；改变磁场的方向，导线偏离平衡位置的方向不同，说明磁场对电流的作用力的方向还与磁场方向有关；再并放一个蹄形磁铁，观察到相同的电流由于磁场强弱的改变导线所受作用力也不一样，说明磁场对电流作用力的大小还与磁场的强弱有关（对于学习较好班级学生还可将导线倾斜悬挂，演示作用力的大小与导线放入磁场中长度的关系）。通过这一改进，既能保证实验的成功演示，提高教学效果，还能让学生观察到磁场对电流的作用力的大小与电流的强弱、磁场的强弱、放入磁场中导线的长度有关，磁场对电流的作用力的方向与电流方向、磁场方向有关，为高中安培力（F=BIL）、安培定则（电流方向、磁场方向、安培力方向“两两垂直”）的学习奠定基础。

三、导体切割磁感线产生感应电流的实验

该演示实验在人民教育出版社出版的新教材八年级下册课本第84页（图9.7-1）。它是用一根导线与电流计连接，让导线在磁场中切割磁感线运动，观察到电流计指针发生偏转从而说明当导线（闭合电路的一部分）在磁场中切割磁感线运动时产生了电流。在演示实验中，与导线连结的电流计指针偏转不明显，原因是只用一根导线切割磁感线运动。改进办法是：用多砸线圈取代单根导线，并用一节干电池用试触的方法让学生先观察流入电流计电流方向不同，电流计指针偏转方向不同（通常情况是电流从哪个接线柱流进，指针就向相应接线柱方向偏转），演示时先演示相同切割方向，切割速度不同，指针偏转角度不同，说明闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动会在导体中引起感应电流，并且电流的大小与切割运动速度有关；再改变切割方向，让学生观察到电流计指针偏转方向不同，说明感应电流的方向与与导体切割磁感线运动的方向有关；在蹄形磁铁中部接近匀强磁场的地方上下移动导线，观察不到指针的偏转，说明要有感应电流的产生不是只要运动就行了，而是要“切割”。通过这一改进，对使他们在电磁关系的理解及认知方面都有积极的促进作用，不仅增强了演示效果，还为高中学习法拉第电磁感应定理打下了坚实的基础。

三个演示实验的改进，乍看比较简单，然而实验效果很好，在教学实践中具有一定的实际意义：一是使学生对电生磁（奥斯特实验）、通电导体在磁场中受力作用、磁能生电（电磁感应现象）有真实、直观、形象和生动理解，起到积极的推动作用；二是变废为宝，课本上实验有的学校没有现成仪器，或者不匹配，所以实验现象不明显、甚至不能做实验的情况很多，然而只要多动手、多动脑、因地制宜、充分利用废旧物品自制教具辅助教学，精心设计实验，留心观察，总会制作或改进一些实验以帮助学生对物理现象进行理解；三是在创新实验的同时，会对学生产生潜移默化的作用，培养和铸就他们尊重科学，尊重规律的观念，并树立探究科学规律的勇气和精神。