高中物理实验教学中不容忽视的问题

黄建洪

【摘要】物理课堂教学应注重实验教学细节，充分准备实验器材，保证实验的安全性、科学性、实效性。实验教师要由“机械管理型”角色向“质量管理型”角色转变，引导学生进行分组实验，启发、诱导学生讨论和分析问题，以此激发学生的兴趣爱好，培养学生的创新思维能力。

【关键词】高中物理;实验教学;安全操作;误差分析;数据处理;启发和诱导

“无实验不物理”充分体现了实验教学在物理课堂中的重要作用。但在实验教学过程中往往要注重很多细节，准备不足、使用不当，稍有不慎就会酿成大错，小则误差偏大、器材损坏，大则发生危及生命的安全事故。因此，细节决定了成败。下面以“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验教学为例，谈谈在实验教学中不容忽视的问题。

一、电路的安全操作

在操作中，变压器务必加上铁芯，铁芯要形成一个闭合电路。否则，没有铁芯的线圈外加一个交流电压并长时间通电时，引起的自感很小，但通过线圈的电流过大，很容易烧毁线圈。在连接电路时，学生电源开关一定要断开，使整个变压器处于不带电的状态。连好电路，要求各小组成员互相检查，核对无误后，由指导教师再审核一遍。对于学生电源，选择的电压不能高于6V，原副线圈的匝数比不能低于1/6，根据原副线圈电压与匝数的关系U1：U2=N1：N2，当U1≥6V，N1：N2=1/6可导致输出电压U2≥36V，高于人的安全电压，对人体造成危险，尽管输出电压没有高于36V，但在变压器通电时，操作人员也不要接触裸露的导线和接线柱。在更换线圈的匝数时，电源开关始终要断开。用多用电表测量副线圈电压时，务必选择交流电压档，要用最大的量程进行试触，确认被测电压的最大值后，选择合适的量程进行测量，绝对不允许选用电流档或电阻档的多用电表与副线圈的接线柱相连，否则会烧坏多用电表。

二、实验的误差分析

理想变压器在传输能量时没有能量损失，但在实际的变压器中，会通过多种途径损失部分能量。变压器通电时，由于通过原副线圈每一匝的磁通量不尽相等，存在漏磁，是造成误差的原因之一。原副线圈都有一定的电阻，依据焦耳定律，在线圈中产生热量时，存在铜损，是造成误差的原因之二。当交流电流通过原线圈时，随时间变化的磁通量会在副线圈产生感应电动势，同时也在铁芯中产生感应电动势，发生涡流，存在铁损，是造成误差的原因之三。测量副线圈产生的电压时，需要对电压表进行多次读数，读数是造成误差的原因之四。只要全面深入地分析产生误差的原因，只要在误差范围内，就能较准确地判断原副线圈的电压与匝数的关系。

三、数据的处理方法

本實验是用控制变量法进行实验探究，先是控制原线圈电压与匝数不变，多次改变副线圈的匝数后记录副线圈的电压，然后控制原线圈电压与副线圈的匝数不变，多次改变原线圈的匝数后记录副线圈的电压，即U1，N1不变，研究N2与U2的关系;U1，N2不变，研究N1与U2的关系。根据实验情况，涉及的物理量数据有四个，应该用表格法处理实验数据。实验前就要制作好表格，做一个顶层设计，通过一个表格就能清晰呈现实验数据和结果，推断和说明物理规律或物理问题，不能多个表格，遍地开花，杂乱无章。更不要在实验操作中用一张白纸随意记下实验数据，凭借纸上的原始记录来分析推理实验结果。这种情况会导致不同类别的数据交叉混杂，真实数据脱节。下面是本实验的表格：

四、器材的准备工作

分组实验一般有28个小组，每组有4名学生。在学生开展探究实验前，实验员必须要做好充分的准备工作，把实验需要的器材摆放在每组的桌面上，检查每项器材是否完整，包括每条导线两端的夹子要接触良好、学生电源与电表可正常使用、变压器无损坏等，并对每组的器材进行组装和调试，直到实验现象明显、实验数据较准确时才可以交付给学生做实验。在此基础上，学生只要按照正确的实验方法和步骤进行操作，在规定时间内会顺利完成本实验的各项任务，就可以达到良好的实验效果。作为实验教师，多年来的实践证明，没有进行组装和调试的实验器材，很容易在实验中出现故障、实验模糊、效果欠佳等情况，甚至造成器材的损害。因此，精心准备实验是确保每个学生高质量做好实验、高水平完成实验操作的重要前提。下图为本实验装置：

五、教师的规范引导

科任教师在开展实验教学时，要引导每一个学生高度重视，认真对待，积极参与分组实验，细致指导学生规范实验操作，提醒学生按照要求完成实验报告。在实验教学的巡回指导中，实验教师不仅要充当忠实的“管理员”，还要结合高考的灵活多变，边指导边提问，由“机械管理型”角色向“质量管理型”角色转变。如，提问“变压器原、副绕圈的电压比等于匝数比，说明变压器可以升压或降压，那么，当N2>N1时，变压器就变成了什么变压器？当N1>N2时，又变成了什么变压器？在升压变压器中，原、副线圈中的电流哪个大？原、副线圈中导线的横截面积哪个较大？从发电站输送出来的电压是高电压，但家庭电路的电压是220V的低电压，则需要什么变压器进行电压变换？变压器可以改变交变电流的电压，那么是否可以改变交变电流的周期和频率？”通过启发和诱导，激发学生的探究欲望和学习物理的兴趣，在“乐趣”与“知识迁移”中，充分调动学生发现问题和解决问题的积极性与主动性，培养学生的创新思维，落实核心素养。

责任编辑  罗燕燕