初感、浅探、深究——改进的变压器实验

刘万强

(湖北省松滋市第一中学,湖北松滋 434200)

初感、浅探、深究
——改进的变压器实验

刘万强

(湖北省松滋市第一中学,湖北松滋 434200)

变压器在日常生活中非常普遍,也是高中物理重要的知识点.传统的变压器演示实验教学常只让学生看表演,往往是教师做一做电压比的规律验证实验,学生在一旁观看,或者是教师一讲到底,学生一听到底;而忽视了学生主体的思维动机的激发,学生被动接受物理规律,教师认为是“显然”,可是对于学生来说,有时候却是“漠然”.本人在实际的教学中,对该演示实验进行了改进,为演示过程创设一定的问题情境,分“初感、浅探、深究”三步实施,产生了很好的教学效果.

1 初步感知,构建模型

教师准备好可拆式变压器模型,采用问题情景模式,引导学生观察,让学生了解变压器的结构,进行初步感知.问题情景式观察的过程如下.

表1

2 浅层探究,生成原理

图1

在学生了解变压器结构后,常常通过实验演示说明直流电不能通过变压器改变电压.若在实验前事先做了结论性的说明:“直流电不能改变变压器的电压,尽管原线圈与电源组成闭合电路,但副线圈的输出电压为零,现在老师用图1的电路来验证”.当闭合S,电压表的指针明显摆动,然后缓慢恢复到零.得到了与事先说明相反的现象,对学生的感管刺激可谓“干扰虽小,但影响很深”.

如果在实验前提出问题,以疑激思,效果会大不一样.问题为:“直流电可以通过变压器改变电压吗?如果将图中的电键S闭合,电压表的示数情况怎样?请大家先思考或猜想,然后观察实验”.当出现同样的现象时,就安排学生从容地利用电磁感应知识作解释,得出:变压器不能改变恒定的直流电压,可改变变化的直流电压、交变电压.

为强化印象,可作进一步引导:将电压表取下,换上适当的钨丝灯泡,闭合S瞬间,灯泡会亮一下吗?以疑诱思,不断为实验创设悬念.有的同学说亮,有的说不亮.实验结果是:灯不亮.请同学说有电流通过灯泡为什么不亮呢?理由是电流不是持续的、而是短暂的,又因为钨丝发红发光要达到一定的温度.

请学生们想一想:将钨丝灯泡换为“220 V,5 W”节能灯,情况如何呢?在学生们迫切知道结果前,分组讨论,达成共识,各小组代表发言,可保持不同观点,此时老师既不作评价,也不参与,这是一种“头脑风暴”学习法,易调动各个学生参与讨论、表达个人观点的积极性和主动性.最后演示实验,结果与钨丝灯泡不同,节能灯闪烁一下.

最后,请学生们想一想,直流电源保持不变,怎样才能使电压表的示数几乎保持不变?学生们各抒己见,有一学生说:将电键S断开、闭合、再断开、再闭合,这样持续反复快速进行,教师进行了正面的肯定和表扬.具体做一做,副线圈接交流电压表,当电键S迅速断开、迅速闭合,手工持续进行,交流电压表有稳定读数.

3 深入探究,导出规律

如果将S取下,换上电铃电路,电路通断频率加快(如图2).弹簧片在电铃电路不通时,跟螺丝钉的尖端紧靠着.当电键S1断开时,原线圈n1所在电路接通稳定时,交流电压表示数为0.当电键S1闭合时,弹簧片左右振动,弹簧片与螺丝钉时触时离,线圈n1电路时通时断,接通和断开瞬间有方向不变,大小变化的电流,在铁心中产生周期变化的磁通量,必然在副线圈n2引起感应电动势,交流电压表有示数.

实验时取n1=200匝,n2=1400匝,电压表(V)示数可达10 V.

该实验的意义:(1)可定性说明法拉第电磁感应定律,副线圈的感应电动势大小与穿过线圈的磁通量变化快慢有关,从而说明与线圈的电流变化快慢有关,电流变化快,线圈产生的感应电动势大.(2)演示时分两步进行:先由电键S控制线圈所在电路的通断,然后换成电铃上的振动片控学生的创造性能力;线圈所在电路的电流是脉动电流,是变化的电流,产生变化的磁场,在线圈中产生的感应电动势是周期性变化的,经测量可知,线圈两端电压与线圈的匝数有关.制线圈所在电路的通断.有两点意义:实现人工控制到自动控制,具有独创性和新颖性,启发学生的创造性思维,培养

图2

按照“初感、浅探、深究”改进的变压器实验,以问题情景为导向,充分重视学生的主体地位,遵循循序渐进、由浅入深、由表及里的认知规律,探究过程体现了科学研究的思想和方法,操作方便流畅,教学效果很好.

2010-06-21)