（四川師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，四川 成都 610101）

[關(guān) 鍵 詞] 高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；分析法

[中圖分類號(hào)] G632 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）06-0065-01

《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求提升到了前所未有的高度，把它提升到培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)探究意識(shí)和科學(xué)探究基本能力的形成和培養(yǎng)上，是學(xué)生核心素養(yǎng)的一個(gè)重要方面。課程總目標(biāo)：發(fā)展學(xué)生好奇心和求知欲，發(fā)展科學(xué)探索興趣。課程具體目標(biāo)：認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中的地位和作用，掌握物理實(shí)驗(yàn)的一些基本技能，會(huì)使用基本的實(shí)驗(yàn)儀器，能獨(dú)立完成一些物理實(shí)驗(yàn)；經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗(yàn)證物理規(guī)律；參加一些科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，嘗試經(jīng)過思考發(fā)表自己的見解，嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)際問題。實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和高考中是十分重要的。

研究實(shí)驗(yàn)，首先要明確實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要求，然后從分析實(shí)驗(yàn)原理入手。只有弄懂了實(shí)驗(yàn)原理，才能真正掌握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵和操作要求，才能夠合理地選擇實(shí)驗(yàn)裝置、器材和條件，才能夠正確地處理數(shù)據(jù)、估計(jì)誤差和得出結(jié)論，才能更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、改進(jìn)和自制教具?？傊?，實(shí)驗(yàn)原理的分析和研究，是研究高中物理實(shí)驗(yàn)過程最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是其他方面研究的基礎(chǔ)。

下面我以兩個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究實(shí)例進(jìn)行分析：

一、直導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉菔菊f明閉合電路的一部分做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

（二）實(shí)驗(yàn)要求：當(dāng)直導(dǎo)線切割磁感線的時(shí)候，電流計(jì)的指針有明顯的偏轉(zhuǎn)，已清楚地表明感應(yīng)電流的產(chǎn)生。

（三）實(shí)驗(yàn)原理：切割磁感線→產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（ε=BLVsinθ）→產(chǎn)生感應(yīng)電流（I=ε/R+r）→電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。

（四）實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵：從原理的分析可見，要使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)明顯關(guān)鍵在于兩個(gè)因數(shù)：（1）感應(yīng)電流要大。（2）電流計(jì)要靈敏，可見度要大。感應(yīng)電流又是由B、L、V、sinθ、R、r六個(gè)因數(shù)決定的。因此，要使實(shí)驗(yàn)達(dá)到滿意的效果，關(guān)鍵在對(duì)以上六個(gè)因數(shù)的控制。用一個(gè)蹄型永磁鐵，一只一般的演示電表，一根導(dǎo)線來演示直導(dǎo)線切割磁感線實(shí)驗(yàn)，常常是不能達(dá)到預(yù)期的效果的，甚至看不到演示電表有任何偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)這樣的演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要是因?yàn)闆]有把握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，對(duì)器材選擇不當(dāng)造成的。

（五）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和要求，對(duì)器材的要求：（1）增大L，可以用一個(gè)線圈的一部分。（2）增大B，用強(qiáng)磁性磁鐵，或者將幾塊磁鐵組合在一起（這樣增大了磁場(chǎng)區(qū)域）（3）減小R和r。導(dǎo)線電阻、電表的電阻和接觸電阻要盡可能的小。（4）顯示儀器靈敏、可見度大。對(duì)于此，可選擇的器材靈敏電流計(jì)或者加電流放大器的演示電表。

（六）對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的要求：（1）較快的移動(dòng)導(dǎo)線去切割磁感線。（2）導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)方向和磁感線的方向三者相互垂直。如果按照上述的原理分析得到的實(shí)驗(yàn)操作方法，就能夠確保實(shí)驗(yàn)的成功。

所以筆者認(rèn)為原理分析是物理實(shí)驗(yàn)中最重要的一環(huán)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)基本原理分析是一回事，真正做實(shí)驗(yàn)又是一回事，還會(huì)有其他因數(shù)影響實(shí)驗(yàn)的效果和成敗（如這里的電表電阻和接觸電阻）只有綜合應(yīng)用分析原理來分析影響實(shí)驗(yàn)效果的因數(shù)，采取必要的措施，方能使實(shí)驗(yàn)成功。通過實(shí)驗(yàn)原理的分析和講解，使學(xué)生樹立科學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)事求是的精神和應(yīng)用原理進(jìn)行分析的方法。

二、驗(yàn)證楞次定律系列實(shí)驗(yàn)

如圖所示，在光滑平行導(dǎo)軌上平行放置兩個(gè)導(dǎo)體ab、cd。當(dāng)磁鐵迅速插入它們組合的回路時(shí)，可見ab、cd將會(huì)靠攏。這個(gè)實(shí)驗(yàn)看起來很簡(jiǎn)單，但是不一定能成功。怎樣才能確保實(shí)驗(yàn)成功呢？實(shí)驗(yàn)原理分析如上：

（一）實(shí)驗(yàn)的目的：驗(yàn)證楞次定律及其特殊的推論。

（二）實(shí)驗(yàn)的要求：明顯地顯示出條形磁鐵迅速插入回路時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)體ab、cd相互靠攏。

（三）實(shí)驗(yàn)的原理：回路abcd磁通量增大→回路產(chǎn)生感應(yīng)電流→兩導(dǎo)體ab、cd在外磁場(chǎng)中受安培力→效果是反抗磁通量增大→兩個(gè)導(dǎo)體ab、cd相互靠攏。

（四）實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵：兩導(dǎo)體ab、cd在磁鐵磁場(chǎng)中受相互靠攏的安培力，大于ab、cd相互施加的排斥力。因此要使實(shí)驗(yàn)效果滿意，關(guān)鍵在于磁鐵的選擇、回路面積的控制、最大靜摩擦力的減少。

（五）對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的要求：（1）增強(qiáng)外磁場(chǎng)：用強(qiáng)磁性磁鐵，或?qū)讐K磁鐵組合在一起。例如將兩塊磁鐵并在一起。（2）減小最大靜摩擦力：選擇的導(dǎo)體ab、cd盡可能光滑。例如空心的、輕質(zhì)的短鋁桿。（3）回路面積控制適當(dāng)：如將兩平行導(dǎo)軌間距7cm水平平行放置，兩空心輕質(zhì)鋁桿間距約為6cm垂直放置在導(dǎo)軌上。

（六）對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的要求：迅速插入條形磁鐵。

如果按上述要求選擇器材和操作，能確保實(shí)驗(yàn)成功。從上面的實(shí)例分析可見，在一般情況下，從分析實(shí)驗(yàn)原理入手研究實(shí)驗(yàn)的基本方法是：首先，明確實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要求。其次，認(rèn)真研究實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)定量或半定量實(shí)驗(yàn)，需要分析實(shí)驗(yàn)的誤差原因以及影響程度。很多時(shí)候?qū)嶒?yàn)誤差大或者實(shí)驗(yàn)效果不明顯甚至看不到現(xiàn)象，都要從實(shí)驗(yàn)原理去分析，從影響因素中去找原因。再次，是確定實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素，實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵因素十分重要，它決定實(shí)驗(yàn)的成敗和效果。最后，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置、器材和實(shí)驗(yàn)條件提出要求并進(jìn)行選擇，確定操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。這都是實(shí)驗(yàn)成功的外在條件。

中學(xué)物理課堂的實(shí)驗(yàn)適用這樣的方法，對(duì)于課外研究實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究以上方法也是基本方法，特別是對(duì)于剛接觸的實(shí)驗(yàn)或者是進(jìn)行初步的研究實(shí)驗(yàn)，該方法也是很有效的。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李諾.高中物理習(xí)題中模型構(gòu)建的教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究[D].陜西師范大學(xué)，2015.