中学物理演示实验的设计与自制教具的思考

中学物理演示实验的设计与自制教具的思考
中学物理演示实验的设计与自制教具的思考
作者：王建荣 转贴自：本站原创 点击数：1302
发表于《教学月刊》2005.10
摘要：中学物理演示实验的设计，教具制作。设计实验的基本要素。
关键词：演示实验 设计 教具


物理学是以实验为基础的学科，实验是物理根本。物理实验是培养学生科学素质的最有效的途径，也是培养学生创造力和创造性思维的最佳途径。演示实验是物理教学中的重要手段。它能将一些抽象的物理概念和规律较生动形象地为学生所接受，还能将教师的情感，思维方法，操作技能形象地影响学生。引导学生观察，思索，使学生认识物理概念和观律“事半功倍”。因此演示实验的设计，教具的制作，实验教学方法是当前中学物理教学最为活跃的研究课题。如何设计演示实验，自制教具谈谈自己的认识。
一、演示实验的设计与自制教具

根据教学的要求，演示实验的类型大致可包括引入课题的演示实验。特点：引人入胜，发人深思，也可提出问题，师生互动。建立概念和规律的演示实验。特点：实验条件明确，观察对象突出，演示层次分明。应用物理知识的演示实验。特点：扩展学生的思维空间，对一些普通的物理现象进行深入研究。因此演示实验的设计要紧扣教学内容，突出创新。自制教具，更为设计演示实验提供了良好的途径。下面介绍几个自制教具。
1、功内能转换
(图略)

教具特点：设计新颖，器材简单，制作方便，实验效果明显。
器材：可乐瓶，气门芯，橡皮塞 ，酒精，热敏电阻，电流表，电池组，打气筒,带夹子的铁架台，导线若干。
制作：在橡皮塞上打孔，插入气门芯，在另一橡皮塞上打孔插入气门芯并装上热敏电阻。
原理：气体膨胀冲开橡皮塞对外做功，瓶内的气体液化说明气体的内能减少,温度降低。用热敏电阻作为传感器，通过传感方式将瓶内气体的温度变化转变成电流的变化。利用了传感原理，热敏电阻阻值的变化来说明气体的内能增加与减少。
使用方法：
实验1、可乐瓶，带气门芯的橡皮塞，打气筒，酒精，带夹子的铁架台。在瓶内倒入少量酒精，橡皮塞塞紧可乐瓶，用打气筒打气，瓶内气体压强增大，压强增大到一定程度，橡皮塞冲出瓶口，瓶内气体出现白雾状（液化）。说明气体膨胀对外做功，内能减少，温度降低。
实验2、
热敏电阻与电源（二节干电池），电流表

实验2中用热敏温度计作为传感器，既简单又富有创造性和前瞻性。
2 、远距离输电演示仪
(图略)

教具特点：取材方便，制作简单，实验现象明显，教学效果好。
器材：四根规格相同的电阻丝（可用电炉丝，30Ω左右），两只规格相同的电源变压器（可用旧的录音机的电源变压器）变压比为220V/12V，金属双滑片，6V小灯泡2只，电流表2只，导线若干。
制作：将元件按图示电路安装在示教板上，模拟高压输电电路，输入端安装升压变压器，输出端安装降压变压器，低压输电电路上装金属双滑片。
原理：根据P=UI，在输入功率不变的情况下减少电能的损失，即减小电流就必须提高电压。用高压输电可以减少电能的损耗。根据Q =
I2Rt。电流减少1/n ,电能损耗就减少1/n2。
使用方法：电源接交流6V 。a 定性实验，低压输电电路接交流6V，电阻短接，灯泡正常发光
，向右移动金属双滑片，电阻变大，灯逐渐变暗。这说明输电线路越长，电能损耗越大。 在模拟高压输电电路接交流6V，结果灯泡正常发光。b
定量实验，同时接通电源交流6V，在接入相同电阻时。分别测出模拟高压输电线路和低压输电线路中的电流（电流表的量程分别为交流100mA和交流1A）从而根据Q
=
I2Rt，比较电能的损耗。测得数据为模拟高压输电线路的电流13毫安，低压输电电路的电流230毫安，n≈18,电流减少1/18，电能损耗就减少1/182。
3、光电转换
(图略)

教具特点：制作简单，取材方便，演示效果明显，也适用研究性学习。器材：大功率三极管一只，电流表，手电简。
制作：将大功率三极管去帽，安装在示教板上。
原理：当光照的PN结上时，便使半导体中形式电子—空穴对。在光生电子—空穴的扩散运动中，有一部分到了PN结附近，在结内电场力的作用下，光生空穴向P区迁移，使P区呈正电性；光生电子向N区迁移，使N区显负电性。从而在P区与N区间产生光生电动势。一旦将外电路接通，在负载中就有电流流过。
使用方法：将大功率三极管与电流表组成回路，用手电简照射三极管的PN结时
这也是一个运用性实验。学生提出，这么小的PN结在光的照射下会产生这么大的电流，如果做成大面积的半导体，在光的照射下能产生更大的电流吗？的确如此。这是太阳能电池的雏形。这个实验从另一角度证明光电的转换。作深入的研究，在微观上，跟紫外线照锌板上电子逸出，产生光电效应有不同，前者在PN结内发生变化，后者在金属表面电子

逸出。在宏观上都实现了光电转换。

二、设计演示实验，自制教具的基本要素
1、科学性，创造性。所有实验的设计必须遵循科学原理。不能为了达到教学目的，人为地设计有悖科学性的实验。
2、力求明显，直观。演示实验应该使全班学生都能看清相应的物理现象和过程。因此设计中注意物理过程中的变化要显著，现象要明显，演示确保成功。仪器的观察部分要突出，必要时通过投影放大及其它的放大手段提高观察效果。
3、力求简明。只要演示实验的科学性强，现象明显，越简单越好。著名的奥斯特实验，只用了通电直导线和磁针，器材相当简单，却能证明了通电导体周围存在着磁场。在打靶实验设计中，关键是打枪和掉靶的同时性。一是在枪口装光电门和控制电路。二是将扳扣和开关直接连在一起。我采用了方法二，效果很好。例平行板电容器的实验中，使极板带电苻。不必用起电机，只要用有机尺和塑料纸摩擦就行了。自制教具，选材要简单，尽量利用一些旧材料，如可乐瓶等。
4、激发兴趣，适当设疑。设计趣味性强的实验，创造良好的物理环境，可以极大地调动学生的学习兴趣从而产生强烈的好奇心，激发巨大的学习动力，趣味性实验主要为“新，奇，趣”。学起于思，思起于疑，疑中涉难，引导学生创造性思维，造成一个向未知世界不断探索的环境。

总之，物理演示实验的设计与教具制作，对中学物理教学的改革有着迫切的需要。特别是实行新课程标准的情况下，更为重要。要千方百计创造条件做好演示实验，尽可能利用自制教具及代用的方法，使学生见到一些直观，生动的物理实验。激发学生的创造能力，培养学生的创造性思维。在教学实践中不断提高自己的实验设计能力及教学演示水平。

参考文献：
1 阎金铎 物理实验论 广西教出版社 1998
2 安 忠 刘炳升 中学物理实验教学研究高等教出版社 1986