PASCO实验平台在探究通电螺线管的磁感应强度教学中的应用初探

PASCO实验平台在探究通电螺线管的磁感应强度教学中的应用初探
在中学物理实验中合理使用PASCO实验平台符合新课标提出的新要求，为培养学生的探究精神、创新能力和实践能力提供了整体解决方案。

标签：PASCO实验平台；物理探究实验
由于传统实验的实验仪器精度低，误差大，而且传统实验的实验数据仅靠人眼观察，手工记录，操作耗时费力，对于“瞬间”变化的实验，传统实验又存在着可视性差，观察和记录困难（如最大静摩擦力、冲量、超重失重、碰撞过程等实验）。

有些物理现象或物理过程，利用中学传统的物理实验仪器还不能或很难实现，如通电螺线管内部磁场、微弱磁通量变化时的感生电流等。

PASCO实验平台作为新一代数字实验的代表，较传统实验的实验器材有较大的不同，PASCO 实验系统可以方便、迅速地采集各类物理量的信息，并通过计算机将采集到的各类物理量的信息传输给计算机进行分析处理。

PASCO实验所具有的函数图像处理功能，可以直观的揭示出个物理量间的关系，因此便于我们对研究对象进行定性和定量两个层面的研究。

多类型的传感器、多通道的数据采集、多样化的操控平台、强大的函数图象处理等是和传统实验器材最大的不同，合理使用PASCO 实验必将提高课堂的教学效果。

1 探究通电螺线管的磁感应强度
对于通电螺线管的磁感应强度，由于中学没有直接测定磁感应强度的实验仪器，传统的实验教学只是在螺线管内部摆放几个小磁针，粗略探测一下螺线管内部的磁场方向，然后根据理论推导出磁感线是闭合曲线，从而得到螺线管内部磁场的方向和大小。

学生通过传统实验只能得到少量信息，这样的教学不利于学生知识的建构，不利于学生能力的培养。

PASCOS实验平台的DIS实验可以利用磁传感器测量磁场的磁感应强度，定量的研究电流与磁场磁感应强度的大小关系以及通电螺线管内不同距离处磁感应强度的大小。

2 教学目标
2.1 知识与技能
（1）通电螺线管内的磁感应强度的大小与距离、电流的关系；
（2）通电螺线管内的磁感应强度大小的与有无铁心的关系。

2.2 过程与方法
（1）通过探究找到通电螺线管内的磁感应强度的大小与距离、电流的关系；
（2）掌握探究的探究方法。

2.3 情感、态度与价值观：培养良好的科学素养和合作学习的精神。

3 教学重点
（1）用科学探究的方法研究通电螺线管的磁场；
（2）根据实验的结果分析通电螺线管的磁场的特点和通电螺线管的磁场与哪些因素有关。

4 教学难点
利用PASCO通用扩展软件进行实验设计。

5 教学器材
PASCO系统、磁传感器、位移传感器、螺线管、学生电源、软铁棒等。

6 教学过程
6.1 对通电螺线管的磁感应强度与距通电螺线管口距离的探究
问题1：通电螺线管的磁感应强度与距通电螺线管口距离的关系？学生作出猜想。

探究1：打开PASCO的DISLab专用软件，单独使用磁传感器，对通电螺线管内的磁感应强度进行测量，得出几组不同的B、x值，启动绘图功能，在坐标系中可以观察到B-x图线。

如图所示：
分析讨论：通电螺线管内磁场的磁感强度是不均匀的，以螺线管的中间位置最强，两边最弱。

探究2：电流的方向与磁场的方向的关系。

分析讨论：（1）磁场的方向随电流方向的变化而变化。

（2）通电螺线管的磁感线的方向满足右手螺旋定则。

6.2 对通电螺线管的磁感应强度与电流大小关系的探究
问题2：通电螺线管中某点的磁感应强度的大小与哪些因素有关？
猜想：可能与电流有关，可能与线圈匝数的多少有关，可能与有无铁心有关。

设计实验1：组合使用电流传感器与磁传感器，研究通电螺线管内的磁感强度与螺线管中电流的量化关系，利用通用扩展软件，在坐标绘图中设置电流一磁感强度图线。

探究3：保持磁传感器的位置不变改变通电螺线管中的电流大小，得出一条实验图线。

探究4：在不同的位置，仍保持磁传感器的位置不变改变通电螺线管中的电流大小，得出另外的一条实验图线。

分析讨论：通电螺线管中的电流越大，磁感强度越强，由实验结果可以看出：电流一磁感强度图线是过原点的直线，说明通电螺线管内的磁感强度与螺线管中的电流呈正比关系。

设计实验2：单独使用磁传感器，将软铁棒缓慢地插入到螺线管中。

探究5：打开PASCO通用扩展软件，将磁传感器探头顶端置于与通电螺线管管口齐平的位置，并保持不变，软铁棒从一段插入到另一端的过程中，测量值的绝对值最大。

分析讨论：结果显示顶端与磁传感器探头的顶端齐平时磁传感器测量值的增大。

设计实验3：单独使用磁传感器，保持电流的大小不变，保持磁传感器位置不变，改变线圈的匝数。

探究6：打开PASCO通用扩展软件，改变线圈的匝数，将磁传感器探头置于某个位置，并保持不变，记录数据。

分析讨论：匝数越多，磁感应强度越强。

7 教学反思
PASCO平台的磁感强度传感器填补了高中阶段定量实验研究的空白，利用了PASCO实验的这一特点来设计本堂课的教学内容。

在本案例中PASCO实验为学生进行广泛的自主探究提供了的工具和条件，在实验中可以单独使用磁感强度传感器測量磁感应强度和位移的关系，又可以采用位移传感器自动记录位移，培养学生的自我设计的创新能力，有利于开展自主学习。

自动绘图等功使学生更容易通过图像来得出规律。

因此，在这堂课中PASCO不但改变了实验条件，而且改变了学生的学习方式，提高了学生的科学探究能力。