中学物理实验技能训练讲义正文 - 图文(10)

中学物理实验技能训练讲义

根据以上分析，我们认定的自感演示实验改进思路是：

1）尽量简化实验电路，使所显示的现象纯化，以排除非本质现象的干扰； 2）突出自感使电流变化延缓这一本质特征；

3）应充分考虑学生业已存在的有关错误认识， 使之在新的实验现象面前无法立足； 4）考虑到学生概念理解的阶段性，应设计分别起引入、应用、巩固作用的多个实验。 为此，我们采用直接显示LR电路暂态过程中电流的变化来引入和建立自感概念。实验电路如图12-7所示，其中S为一特制的开关，它可以在断开0和1的同时接通0和2 ；电表采用J0402型演示电表。用这样的实验装置，可以清楚地显示在开关接通电源时，回路电流缓慢地增加到稳定值，并且越接近稳定值电流增加越慢，在开关断开电源、回路短接时，电流是从稳定值逐渐减小为零的，且越接近零电流变化越慢。而在用纯电阻取代电感线圈以后，电流表指针的动作是迅速而干脆的。根据这样的实验现象，只要经过适当引导，就可以使学生接受纯电阻电路的电流可以突变（即电流的增加和减小都是瞬时进行的）、而通过电感的电流不可突变的结论。然后再引导学生思考线圈中电流不可突变的原因，这样就自然地引出了自感概念。由于所用的实验电路只有一个回路，所显示的是通电和断电过程中电流的变化。反映了电感线圈对电流变化的阻碍特性（而电阻则只是阻碍电流），即电感所具有的电磁惯性，无关刺激干扰小，有利于学生较顺利地建立正确的自感概念，对于那些原来存在于一些学生中的有关误念，即使不立即发生动摇，也无法在新的场合下找到立足点。因而学生们就有可能接受教材和教师的正确结论与解释。

图12-7 自感设计新电路 图12-8 图12-9 断电自感设计

为促进学生进一步理解的需要，将原教材上的实验电路还可以改进为如图12-8 所示的电路，作为对新学概念的一个应用，图中D为一发光二极管，S接通时，可见到L1比L2后变亮（D由于所加的是反向电压而不亮）；S断开时，可见到D亮了一下，这说明断开电源后，在L－L1－L2(D)－R－L回路中还有电流通过。若在看到D熄灭后立即断开L2、R支路，可见到已熄了的D又重新亮了一下，这说明自感电流是逐渐减小的，并不只是冲击一下。

原教材中断电时灯泡闪亮的实验，笔者认为在高中阶段最好不要演示，留到以后在普通物理中去处理。如果要演示，最好将电路改成如图12-9所示的结构。开始置R＝0。演示S断开后灯泡闪亮的情况。经分析后，再改变R演示，当R增大至一定值时，再断开电源灯泡就不会闪亮。但实验上由于难以看到灯泡逐渐熄灭的情况，因此还需接着将一发光二极管并联到灯泡A的两端（注意极性），则在S断开时，可看到二极管亮了一下，这说明尽管灯泡不闪亮，但仍有自感电流流过灯泡。最后采用图7-9所示的电路，说明电源断开后，自感电动势的最大值的大小是和具体的电路有关的，不能一概认为必然会很高。[8]而且即使线圈两端的电压变得很高时，其电流的最大值也并不变，而只是电流的变化速度加快了，这就定性地验证了公式： e＝－L(di/dt)

根据以上思路，我们设计、改进了教材内容和演示实验装置并投入课堂教学试验，效果良好。从另一个方面检验了前述有关分析、推断的合理性。

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实验十三 直流电动机的设计和制作

低成本实验（low-cost experiment）按其字面意义指的是价廉、花费少的实验，这使人们很自然地会想到它特别适合于我国这样的发展中国家或国内的一些老、少、边、穷地区。如果我们对低成本实验的认识只是停留在这样的层次，那我们就无法解释在众多的发达国家为何它也能长盛不衰；如果我们设计低成本实验的指导思想也只有这样的深度，那我们就难以开发出真正有价值、有生命力的低成本实验。基于对这个问题的思考、研究和教学实践，我们认为低成本物理实验真正的魅力是它可以做到成本低而智慧不低、成本低而技术不低、成本低而价值不低，开发高智慧、高技术和高教育价值的低成本实验应该成为我们研究的重点低成本实验往往取材简单，常常使用日常用品甚至废弃物品取代实验室专用器材，因而花费很少。但是，更值得欣赏和提倡的不是实验器材的简单替代，而应该是实验装置的简化。因为“实验的教育价值与实验装置的复杂程度成反比”。而实验装置的简化，特别要对一个原本已不太复杂的实验装置做进一步的简化，实际上不是一件简单的工作。 【实验目的要求】

1．根据实验提供的器材，设计一个直流电动机样品，要求能够持续转动。 2．写出仪器的工作原理，写出实验设计方案。 3．写出实验设计关键和心得。 【实验仪器】

直径约为0.5mm和1.0mm两种规格的漆包线（铜丝外包有一层绝缘漆，可以刮掉），干电池，电池盒，强力磁铁。小刀、教学演示用直流电动机，学生用直流电动机模型。 【实验提示】

直流电动机中，有一个被称为其构造特征的重要部件——换向器（电刷），其功能是对应于转子线圈的转动周期性地改变电流方向，从而能够让线圈持续转动（如图13-1）。如果没有电刷，则线圈每经过半个周期时，其力矩将改变方向，从而不能够持续转动（具体原理可以自己分析）。

图13-1：有电刷的直流电动机

本实验要求做一个直流电动机，有两种方案，一种是自己设计一个电刷，从而可以达到要求，还有一种方法是不用电刷，其构造可以更简单，同学们自己思考，如何不用电刷来达到要求呢？

【参考文献】

[1] 中华人民共和国教育部制订．高中物理课程标准[M]．北京：北京师范大学出版社，2001 [2] 高中物理[M]．北京：人民教育出版社，2005

[3] 罗星凯．中学物理疑难实验专题研究[M]．桂林：广西师范大学出版社，1998 [4] 罗星凯.低成本、高智慧的物理实验欣赏[J].重庆：物理教学探讨，2000（9）

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实验十四 光通信模拟演示仪的研究和设计

光纤通信自20世纪60年代问世以来，其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展，光纤通信技术是现代通信技术的主要支柱之一，它具有通信量大、传输质量高、频带宽、保密性能好、抗电磁干扰性强、重量轻、体积小的优点，是理想的现代信息传输和交换工具。实际的光纤传输技术是比较复杂的，原理难懂，而我们设计的光通信模拟装置则十分通俗易懂。在现代科学技术和教学课堂之间架起了一座桥梁，很好的实现了“从科学走向生活、从生活走向科学”的转换。 【实验目的要求】

1. 实验设计原理自行总结，实验设计步骤自我完成，实验原始记录则描写教具的设计制作过程。

2. 须制作一个光纤通信模拟的演示实验样品，可以实现音频信号的光传输。 3．实验报告分析则分析制作过程的关键和心得体会，改进办法等。 【实验仪器】

硅光电池片、充电式手电筒、音频线、扬声器等。 【设计提示】

光纤通信就是用光做载波，光纤为传输介质的信号传输。其基本工作过程：将信息(语音、图像、数据等)按一定的方式调制到载运信息的光波上，经光纤传输到远端的接收器，再经解调将信息还原并输出。下图14-1给出了一个将音频信号调制到光信号中，通过光纤传输并进行转换的一个基本系统的结构原理图。它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器,传输光纤和由光电转换,I~V变换及功放电路组成的光信号接 …… 此处隐藏：3217字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……