趙瀾斌

(江蘇省南京市金陵匯文學(xué)校，江蘇 南京 210036)

1 趣味物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

物理學(xué)源于生活，用于生活，學(xué)習(xí)物理需要在理解物理知識的基礎(chǔ)上提高實(shí)際應(yīng)用的能力。為了打牢學(xué)生的知識基礎(chǔ)，增強(qiáng)他們在生活實(shí)際中的運(yùn)用能力，教師從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，設(shè)計(jì)一些趣味實(shí)驗(yàn)，能夠幫助學(xué)生高效學(xué)習(xí)，尋找趣味實(shí)驗(yàn)帶給學(xué)生的興趣點(diǎn)就顯得非常重要。

1.1 新穎有趣，貼切生活

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》指出：物理課程應(yīng)遵循教育教學(xué)規(guī)律和學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，貼近學(xué)生的思想、學(xué)習(xí)、生活實(shí)際，充分反映學(xué)生的成長需要，促進(jìn)每個(gè)學(xué)生主動(dòng)地、生動(dòng)活潑地發(fā)展。[1]實(shí)驗(yàn)的取材和設(shè)計(jì)來源于學(xué)生的生活實(shí)際，能夠讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識，理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及原理，最終在理論知識和實(shí)際生活之間產(chǎn)生聯(lián)結(jié)。新穎奇特的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能有效激發(fā)學(xué)生的探究欲和好奇心，讓他們自發(fā)地思考：為什么隨手可見的生活用品能夠通過組合產(chǎn)生這種現(xiàn)象？

1.2 簡單易懂，鍛煉操作

簡單易操作的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪档蛯W(xué)生實(shí)際操作的門檻，減少時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，反映物理課堂上所學(xué)的物理知識，人人都能取材、做成功的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱嵘龑W(xué)生的成就感，激勵(lì)他們?nèi)ヌ骄可钪衅渌腥の锢憩F(xiàn)象背后蘊(yùn)含的原理。物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力是非常重要的，對動(dòng)手能力的培養(yǎng)，最好的方法就是親手做實(shí)驗(yàn)。[2]提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，不僅要在理論上重視，更要從物理實(shí)驗(yàn)方面加強(qiáng)。

2 電磁感應(yīng)趣味實(shí)驗(yàn)案例

2.1 電磁感應(yīng)小風(fēng)扇

如圖1所示，用圓形磁鐵壓住導(dǎo)線的一端并吸附在電池的負(fù)極，在另一個(gè)圓形磁鐵下方安裝扇葉，在磁鐵上方吸附一個(gè)螺絲釘或者鐵釘，被磁鐵磁化的螺絲釘能夠吸附在電池的正極上。捏住電池并讓導(dǎo)線輕輕觸碰下方的磁鐵使其形成閉合回路，可以觀察到扇葉在轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)小實(shí)驗(yàn)適用于安培力概念的引入，能產(chǎn)生較好的教學(xué)效果。

圖1

問題1：為什么小風(fēng)扇會旋轉(zhuǎn)？

學(xué)生回答：風(fēng)扇在力的作用下旋轉(zhuǎn)，這時(shí)教師可順勢引出安培力這一概念，安培力看不見摸不著，學(xué)生很難根據(jù)書中的圖示想象出安培力的作用，利用直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以幫助學(xué)生加深對安培力的理解。

將電池反轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的方向改變了。

問題2：為什么風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向會改變？

學(xué)生回答：風(fēng)扇受到力的方向改變了。教師由此自然地引入“影響安培力方向因素”的課題。

在高中物理教學(xué)中，受時(shí)間以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，教師一般會播放視頻進(jìn)行引入，而學(xué)生只能“看實(shí)驗(yàn)”，這樣就限制了學(xué)生動(dòng)手能力的發(fā)展，一些教師也會用實(shí)驗(yàn)室的導(dǎo)體棒、磁鐵連接學(xué)生電源或者用電動(dòng)機(jī)、電磁炮來進(jìn)行新課的引入，這些實(shí)驗(yàn)的效果雖然不錯(cuò)，但是實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備的工作量大、實(shí)驗(yàn)器材也比較復(fù)雜，電磁炮與學(xué)生的日常生活聯(lián)系不大，而且在一節(jié)課有限的時(shí)間內(nèi)并不能讓所有學(xué)生都動(dòng)手體驗(yàn)，使用圖1所示的小風(fēng)扇引入，學(xué)生不僅能直觀地看到安培力的作用效果，還能讓每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會。并且該實(shí)驗(yàn)在材料上只需要電池、扇葉、磁鐵這些易于獲得的物品，越是使用簡單的物品做出現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果就會越好。

2.2 會動(dòng)的螺母

如圖2所示，用手捏住螺栓的一端，可以發(fā)現(xiàn)螺母能夠順著螺紋滑出螺栓，為什么螺母能自行滑出呢？教師在安培力這一節(jié)課堂中可以給學(xué)生展示這樣一個(gè)“小魔術(shù)”，通過這個(gè)“魔術(shù)”引起學(xué)生的好奇，讓他們思考究竟是什么力使得螺母運(yùn)動(dòng)。

圖2

在學(xué)習(xí)了“電與磁”后，學(xué)生能夠猜想使螺母運(yùn)動(dòng)的力可能是磁力或者安培力，這時(shí)教師展示隱藏在螺栓尾端的紐扣電池以及附著在手指上的磁鐵(圖3)，讓學(xué)生做出進(jìn)一步的推理，可以得知螺母是在安培力的作用下運(yùn)動(dòng)的。將紐扣電池正極與螺栓尾端相連接，同時(shí)用細(xì)銅線連接紐扣電池負(fù)極與螺桿，使得螺栓、螺母與電池之間產(chǎn)生閉合回路，將手中的磁鐵靠近螺母，作為通電導(dǎo)體的螺母在磁場中受到安培力的作用，就能夠向外轉(zhuǎn)動(dòng)，對調(diào)紐扣電池正負(fù)極，可以發(fā)現(xiàn)螺母開始向內(nèi)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，教師在這時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生思考“電流方向的改變”是引起螺母所受安培力方向變化的原因。

圖3

給物理實(shí)驗(yàn)披上魔術(shù)的外衣進(jìn)行演示，既有趣又好玩，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的探索欲和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，讓學(xué)生感到在玩，但是在玩的過程中又學(xué)到了知識，并且運(yùn)用剛學(xué)到的知識解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。[3]學(xué)生最終能夠在探索過程中運(yùn)用所學(xué)知識解決問題，讓知識有“用武之地”。該實(shí)驗(yàn)材料易于獲取，耗時(shí)短、效果好，能夠作為很好的教學(xué)素材運(yùn)用到課堂教學(xué)當(dāng)中。

2.3 搖晃點(diǎn)燈

如圖4所示，選取圓珠筆的筆管(或塑料管)以及直徑稍微小于管內(nèi)直徑的磁鐵，使磁鐵恰好能在管中自由運(yùn)動(dòng)，將磁鐵放進(jìn)管中，用膠帶封住兩端管口，防止磁鐵掉出，在管中央纏繞若干圈漆包線，打磨漆包線的兩端后與LED相連接，并將其固定，將筆管水平放置，左右迅速晃動(dòng)，可看到LED發(fā)光。

圖4

筆管中的磁鐵磁場分布如圖5所示，磁鐵從管口向線圈的中間運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過線圈的磁通量增加，磁鐵從中間向管口移動(dòng)時(shí)則磁通量減少，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：穿過閉合導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合導(dǎo)體的回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此線圈與LED所構(gòu)成的閉合回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得LED發(fā)光。

圖5

學(xué)生在學(xué)習(xí)完電磁感應(yīng)后已經(jīng)對感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、影響感應(yīng)電流大小的因素有了一定了解，使用“搖晃點(diǎn)燈”裝置則能夠讓學(xué)生通過操作改變磁通量快慢，從看到燈發(fā)光來確信磁通量的變化，教師也能在課堂中利用小實(shí)驗(yàn)展開以下探究活動(dòng)，進(jìn)行鞏固小結(jié)。

3 結(jié)語

以上有關(guān)“電和磁”的小實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛭龑W(xué)生的注意，實(shí)驗(yàn)成本低，動(dòng)手操作的難度也不大，可作為物理教學(xué)的補(bǔ)充內(nèi)容在課堂上給學(xué)生演示。在教學(xué)過程中融入趣味實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在玩的過程中學(xué)到知識，既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，又激發(fā)了學(xué)生的興趣，還培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)。