定量实验在《自感现象》中的教学探究.doc
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1、定量实验在自感现象中的教学探究 摘要对物理状态、过程作定量的观测,可以使认识事物的特性、特征向更深层次的本质认识发展。将“新系统”引入自感现象实验教学,把自感现象实验从“观察”跃迁到“观测”,这一跃迁是定性实验难以做到的,这样的新跃迁在力、热、声、电、磁、光中均有体现。新技术的应用不仅提高实验的精度,更重要的是使实验得到以往传统器材无法得到的数据,精细地对稍纵即逝的物理变化信息的采集和分析处理能很好地帮助学生理解物理规律。 物理学是一门以实验为基础的研究物质结构和相互作用及其运动基本规律的学科。实验教学的质量很大程度上决定物理教学效果。 中学物理课程要求学生认真观察演示实验和做好分组实验。物理
2、实验在物理课程中的地位是十分重要的。实验中有许多奇妙的现象,可能是新奇的、令人惊讶的、意想不到的,它能激发学生的好奇心和求知欲,让学生享受物理过程的美妙;做物理实验需要学生去观察、发现,提出许多的问题,这对于培养学生的问题意识、观察能力,从根本上激发学习的内在动机,是十分有益的;实验中渗透着科学家进行探究的思想和科学方法,而这种科学方法只能靠实践的感受、体验和领悟而为学生逐步掌握。 定性观察实验要求对物质的组成有所了解,但仅仅涉及到性质。比如“颜色”仅是对色彩的定性辨别。定量观测要求到物质的组成以及在各物质的含量问题。比如“频率(或波长)”则是对色彩的本性的本质认识。 对物理状态、过程作定量的
3、观测,可以使认识事物的特性、特征向更深层次的本质认识发展。 当然,定性观察和定量观察是相辅相成的,对某些物理现象只要作定性的实验观察,让学生大体了解这些物理现象就可以了;对某些物理现象就要争取在定性观察的基础上做到定量的观测,以帮助学生更好地理解物理规律、定理。做好定量观测实验始终是我们的不懈追求。 回顾近二十几年以来我们的中学物理教科书,不难发现一旦条件基本具备,教科书就会不失时机地增加一些新的定量实验内容,比如,利用气垫导轨、光电门、毫秒计时器(数字显示测试仪)及打点计时器定量观测一系列运动学、动力学物理问题;等势面描绘;电子束在电场、磁场中的偏转;双缝干涉测波长等等,不胜枚举。 近年来,
4、由各种传感器、数据采集器、计算机软件(Sensor, data acquisition, computer software)构成的新实验辅助系统(以下简称“新系统”)正在我国中学物理实验教学中逐步被推广应用。特别是实行新课改后,新版的人教版、沪科版、粤教版、苏科版等版本教材都不同程度地使用了目前最高档次的“新系统”。新技术的应用不仅提高实验的精度,更重要的是使实验得到以往传统器材无法得到的数据,开拓了学生的思维空间。 笔者在自感现象这一节课的教学中,将定性实验和“新系统”下的定量实验有机结合,取得了较好的教学效果。现做如下介绍: 课题:自感现象 1 通电自感 (1)定性实验。实验器材:直流电
5、源E、开关K、线圈L、变阻箱R、两只相同参数的小灯泡A1和A2、导线若干连接成的示教板(电路如图一所示)。 定性实验得到的实验现象:接通电源,可以明显地看到,跟电感线圈L串联的小灯泡A1达到正常亮度所用的时间明显地比跟变阻箱R串联的小灯泡A2长(本节课的中心内容之一)。 解释现象:略(本节课的中心内容之一;教科书中有准确的描述,故在此略去)。 (2)“新系统”定量实验。将两个电压传感器分别并联在灯A1、A2两端,重做上述实验,除了观察到上述同样的现象外,“新系统”适时采集到了A1、A2两端电压V1、V2随时间变化情况,并将数据用图像描述显示到屏幕上(图二)。 观测分析“新系统”记录的V-t图像
6、:绿、红两图线分别是A1、A2两端电压在开关通、断过程中随时间变化的情况。 图像明显描述了闭合开关接通电源时V1比V2延迟的情况,在图二中可以读出延迟时间大于0.15秒,实际操作时完全可以通过时间轴拉伸、坐标测量等方法准确读出其延迟时间(本节课的中心内容之一)。 还观测到断开电源后V1的衰减和V2的反向及快速衰减的情况。为什么通电时V1的延迟时间比断电时V1、V2的衰减时间长?V2为何反向?V1、V2的衰减时间为什么一样长?这几个问题成为“新系统”定量实验的“节外生枝”,如果电路参数发生变化,这些节外生枝的细节也会有变化。处理好这几个问题对学生深入理解自感现象的本质有着重要的意义,同时也为第二
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