对教材一个演示实验的改进

徐进旭

(胶州市第十中学 山东 青岛 266300)

陈洪运

(胶州市第四中学 山东 青岛 266300)

1 教材给出的演示实验

高中教材(人教版)《物理·选修3-2》第五章第3节“电感和电容对交变电流的影响”中，有一个展示电感对交流电阻碍作用的演示实验，如图1所示.

图1 对比两种情况下灯泡的亮度

把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，如图1(a)所示;再把它们接到交流电源上，如图1(b)所示.取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等，观察两种情况下灯炮的亮度.

这个实验说明了什么？

2 对演示实验的评价

该演示实验直观地展示了电感对交变电流的阻碍作用，对学生认知电感的“通直流阻交流”特性，起到了很好的铺垫作用.但是，这个演示实验有两个不足之处 ，一是在解释将灯泡接到交流电源上变暗的原因时，最好在线圈L上标出感应电动势(或者是感应电流)的方向，让学生直观地看到，感应电动势(或者感应电流)的方向与原电动势(或者是原电流)的方向相反，这样，更有利于学生理解电感对交变电流的阻碍作用.由于该图没有展示出线圈的绕行方向，因而无法做到这一点.二是解释“通低频阻高频”特性时，教材是这样得出的，“实验和理论分析都表明，线圈的自感系数越大，交流的频率越高，电感对交流的阻碍作用就越大.”这个推理过程，既没有让人信服的直观物理事实，又没有理论分析的理论基础，使“通低频阻高频”成了无源之水，学生感到迷茫不清，教师感到力不从心.为此,笔者将上述演示实验做了一些改进，有效地解决了这两个难题，收到了很好的效果.

3 对实验的改进

(1)改进演示实验的展示图样.将图1中用符号表示的电感线圈改为能看清线圈绕向的电感线圈，如图2所示.

图2 改进的实验电路图

明确了线圈的绕向，就可以很顺利地进行如下分析.当交流电源的极性为左正右负且电动势正在增大时，回路中电源产生的电流I0也在增大，电流I0产生一个增大的磁场B0，从而使穿过电感线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流的磁场B′方向与B0相反，感应电流I′的方向与源电流I0的方向相反(或者感应电动势的方向为左正右负，与交流电源的极性相反)，这正是电感线圈对交变电流有阻碍作用的原因所在.由于有了线圈的绕向，就可以在图中将感应电动势(或者感应电流)的方向标在电感线圈上，从而清楚地展示了电感对交变电流的阻碍作用，如图3所示.这个直观的图示极大地减小了学生理解电感线圈对交变电流有感抗作用的难度.

图3 标出感应电动势(或感应电流)的方向

(2)添加一个高频、低频交变电源的对比实验.

在学习电感线圈“阻高频通低频”的特性前，先给学生做一个演示实验.将图1(a)中的直流电源改为频率较高的交流电源，如图4所示.通过实验可以明显看出，电源交流频率较高的电路中，灯泡的亮度较暗，而交流频率较低的电路中较亮.这样，学生就非常自然地认识到，交流的频率越高，电感线圈对交变电流的阻碍作用就越大，进而顺理成章地得到电感线圈具有“阻高频通低频”的特性.通过这个改进演示实验，使得该学习过程变得简明自然、效果显著.

图4 对比高频、低频交变电源的实验

4 教学反思

综上所述，用语言来描述物理事实，揭示物理规律，常常有词不达意的感觉，显得苍白无力.而一幅直观简洁的物理图示，一个现象鲜明的演示实验，却往往能快速清晰地展示出全部重要的物理信息，具有语言所不能代替的作用.为此,我们在教学过程中，应当注意加强直观图示、演示实验的应用和改进，使物理结论的得出更加流畅自然、简明易懂.