浅谈高中物理演示实验改进

物理学是一门以观察实验为基础的自然学科。观察和实验不仅是物理学的具体研究方法，也是学习物理学的重要方法。实验教学既能为学生正确认识事物及其变化规律提供实验事实，又能培养学生观察现象、分析问题与解决问题的能力和方法。明显生动的演示实验，可以激发学生学习兴趣，培养学生创造能力，更加牢靠的掌握和理解物理概念。好的演示实验应该：

一、实验现象明显。二、实验的操作过程应简易快速。三、实验的吸引力强。四、实验器材易、制作简单。根据以上几点笔者在教学实践中发现现行的高中物理教材中有部分演示实验，如：“力的合成”、“运动的合成”、“焦耳定律”、“牛顿第二定律”、“库轮定律”、“安培力”、“电磁感应现象”、“异地重力加速度测量”等实验需要改进。现以异地重力加速度差异的实验验证，安培力演示实验，电磁感应现象实验为例探讨改进的方法和途径。

一、演示实验中存在的主要问题或弊端

现行高中物理教材中，异地重力加速度差异的实验验证，安培力，电磁感应现象演示实验存在的主要问题是：①异地重力加速度差异的实验验证很难进行。②安培力演示实验效果不明显。③电磁感应现象实验效果不佳。

二、实验设计与改进

针对以上演示实验的不足，笔者结合个人教学经验和实际教学情况对异地重力加速度差异验证实验、安培力、电磁感应现象三个较为典型的演示实验进行如下改进。

1. 异地重力加速度差异验证实验设计

如图1，A部分为一排同材料、同规格，所绕线圈匝数和环绕方向均相同的串联电磁铁，并保证小球在摆动过程中离电磁铁的距离大致相同，且串联电磁铁的横向长度远远大于小球的振幅。在这个设计中，将相同材料、规格并绕有相同匝数的电磁铁串联是为了保证小铁球在摆动过程中所受磁场力均相同；串联电磁铁的横向长度远远大于小球的振幅是为了让小铁球处在匀强磁场中。另外，在电磁铁所处的电路中加入一个滑动变阻器，用来控制电磁铁阵A所产生的磁场强弱，这种强弱的区别可看作是不同的重力场，改变电流就可以看作是改变了总的重力场。由单摆周期公式

（1）可得 （2）

在上述实验中，当改变磁场强度时，我们可以测量到周期T会不同，通过（2）式便可计算得出重力加速度g是不同的，这相当于是用磁场的不同模拟了不同的重力场。 如图2

2.安培力演示实验改进

在电磁学教学中，安培力是极为重要的一个概念，但现行高中教学演示实验中，安培力演示实验却效果不明显。

如图2，磁场中放入两段较光滑的平行金属导轨，L为香烟盒中俗称“锡箔纸”的内包装纸，把压有金属箔的一面朝外卷成的圆筒，A、B为塑料挡板，是为了把L控制在一定的范围内。当在导轨上通上直流电时，由于卷成的圆筒很轻，因此摩擦力也非常小；再者圆筒卷的较粗，在受到磁场力对它的作用力时，所产生的力矩也较大。同样由于圆筒较粗，使得处于各个方向不同远近的学生都能看清楚。如果在电路中再接入一个双向开关和滑动变阻器，改变双向开关闭合的方向可以使L在AB之间来回滑动，调节滑动变阻器可以控制整个电路的电流I，由此可改变L速度改变的快慢，由观察L速度改变的快慢还可以定性验证高中的安培力计算公式F=BIL

在这个实验中，我们把导体受到安培力后微小的偏移现象进行了放大处理，变成了一个较长时间的明显的水平运动，并作了有趣的改进，即双向开关的加入，这可以使L能在导轨上左右滑动，比起原来单纯的偏移，大大的提高了有趣性和观赏性，这便更能激发学生学习兴趣和好奇心，加深对物理概念的理解。

3. 电磁感应现象演示实验改进

如图3，在所示磁场中放入两段较光滑的平行金属导轨且与水平面成一定角度，然后在导轨两端接上灵敏电流表G，L为一匝铜线，由于L是放在斜坡上的，它会自动下滑，在下滑过程中由于重力的作用，它总能与两根平行金属导轨接触良好而形成闭合回路，只要选取导轨适当够长，则当L在其下滑过程中由于能够持续切割磁感线而产生持续的感应电流，因此能够使灵敏电流表G的指针保持较长时间的持续偏转。再者，由于L是自动下滑，没有人为干扰，故也不会令学生误认为G的偏转是人为的。

此改进延长了导体切割磁感线的时间进而延长了电流表的偏转时间，可以让学生有足够的时间观察思考。导体棒的自动下滑更避免了给学生造成是人为干扰的假象。

如图3

在高中物理演示实验中，对于实验现象不明显，学生难以观察和理解的部分实验，我们应找出它的不足之处，通过模拟来实现本来实现不了的条件或放大本来很微小的实验现象，向学生展示明显生动的实验过程。通过教学实践证实对演示实验虽然进行的只是微小改进，但对其教学效果却得到了明显的提高，并且经过探讨得出多媒体模拟演示实验是不能代替实物演示实验的。