高中物理电磁学实验实践研究研究报告.docx

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高中物理电磁学实验实践研究研究报告

高中物理电磁学实验实践研究研究报告

一、课题研究的必要性

物理学是一门实验科学，在物理学中，每个概念的建立，定律的发现，都有其坚实的实验基础．以伽利略首创“实验、物理思维和数学演绎”三者巧妙结合的科学方法为标志，物理学才真正从古代自然哲学中分离出来，成为一门独立的科学，从这时起，物理实验真正成为物理学的基础。

所有的物理概念和定律的建立，都能够找到它的实验根源，任何理论的产生都是以实践或实验为基础的，理论必须回到实践中去才能被检验，检验是正确的，才能被人们接受，理论才能实现其价值，也才能成为理论发展的前提。

为了解决现实情况中我们在探究式实验教学中的问题，结合本校实际，我对“适当变验证性实验为探索性实验”“开设开放实验室”、“进行实验操作比赛”等等方式进行了实践研究，也取得了一定的成效。

但尽管如此，如何进行有效的、合理的、因地制宜的、因人而异的实验教学方式和方法及手段，促进学生的多元的思维发展，创新精神和创造性解决问题的能力的开掘，提高学生的科学素养，仍然是我们目前新课程改革的所面临的一项重要的内容。

近年来高考物理试题越来越重视对实验的考查，不仅对教材中原有的学生实验进行考查，还增加了对演示实验内容的考查，另外，利用学生所学过的知识，对实验仪器或实验方法加以重组，完成新的实验目的的设计型实验也将取代对教材中原有单纯学生实验的考查，己从简单的背诵实验知识转向考查学生对实验原理、方法的理解上，重在考查学生的实验能力和综合分析能力。

但是，学生在高考实验题中的得分率并不高，反映了在目前的物理教学中，实验教学仍是一个薄弱环节。

2003年教育部还颁布了《高中物理课程标准》，新课程标准对教师在实验教学中的要求：

（l）转变观念，加强学习，提高教师实验教学的水平；

（2）充分发挥实验课堂及课外的主阵地作用；（3）利用实验拓宽教学的阵地。

新课程标准中增设了“物理实验专题”模块，其目的是使学生较为深入地学习物理实验的有关理论、方法和技能；进一步提高学生的实验素质，激发学生实验探究的兴趣，增强学生的创新意识，培养学生的实事求是、严谨认真的科学态度，养成交流和合作的良好习惯，发展学生的实验能力。

“物理实验专题”的设计尤其注重培养学生以下几方面的能力：

（l）经历实验探究的过程。

（2）强化实验方案的自我设计。

（3）深入对实验过程和实验误差的分析。

（4）重视对实验方案和实验结果的评估。

从以上分析可知“物理实验专题”模块对实验教学的要求，重在培养学生主动探究实验的能力。

在高中物理实验教学中如何实施科学探究，目前己成为中学物理教学改革的热点问题。

二、课题研究的内容和方法

1．研究内容

（l）分析我国实验教学的现状及比较国内外实验教学的特点，从而提出我国实验教学中所采取的教学方式——探究教学。

（2）通过分析国外的几种探究教学理论，提出实验教学中实施探究教学的指导思想及原则。

（3）从演示实验角度，说明如何实施实验探究式教学，提出实验教学中实施探究教学的设计方案。

（4）通过实施探究教学来提高学生的科学探究能力。

（5）对实验教学中探究教学的实践作多方面调查分析，从而提出实验教学中的改进策略和对未来实验教学的展望。

2．研究方法

本研究采用的方法有以下两种：

（1）文献法

这是本题采用的基本研究方法。

所收集的文献资料包括教育学、心理学的著作，专家学者发表的相关论文、广大一线教师在各种期刊上发表的相关文章以及网上相关资料等，这些文献资料为本研究提供了良好的研究基础。

笔者通过对文献资料的分析、归纳及总结，掌握了有关物理实验教学的现状，并在现有的研究基础上，结合物理学科特点，作了相关研究。

（2）实验实践法

对课本设计的实验,学生实验和演示实验,我都想办法研究试行,还借鉴别人的经验,让我们的实验更有说服力.

（3）问卷调查法

本研究采用了问卷调查的方式，了解教师和学生对于物理实验教学的态度和方式。

从而进一步分析物理实验教学中所遇到的问题和困难，做出数据分析，得出课题研究的分析和结论。

三、高中物理实验教学的现状调查和分析

（一）问卷调查情况分析

通过对本人任教的两个教学班117名同学的问卷调查情况分析,师生对实验方面主要存在的问题是:

学生做实验极少,学生动手能力不强,对实验不感兴趣,没有探索精神,探究性实验只关心现象,不愿深究原因,不重视实验等等.

（二）我校教师实验现状分析

1.教师观念落后，重讲授，轻实验

教材有演示实验，而老师却不做演示实验或实验效果差物理演示实验具有形象真实、生动有趣的特点，能为学生在形成物理概念、得出物理规律前营造出活生生的物理情景，使学生感受颇深。

演示实验在我们的课堂教学起着举足轻重的作用。

但在我们农村中学中，教师对演示实验不够重视，认为“做实验”不如“讲实验”，课堂上很少做演示实验，或是做了，但忙于应付，准备不充分，导致演示实验可见度差，成功率低。

2.上实验课准备时间成本高，但效率低。

上物理实验课的时候，老师往往在之前要费很大的劲把实验目的、要求、注意事项等交待清楚后，才可能进行分组实验。

其实这种办法是不能培养学生的探究能力和创新精神的。

如果实验课的秩序比较混乱，则少数学生动手，多数学生则袖手旁观，事后抄好实验报告上交，有的学生完全就是凑数据，学生上完实验课后，仍然感到毫无收获，觉得脑子里还是空的。

而且现阶段往往是一个班的学生同一时间做同一个实验，用同一种方法、相同的仪器，都要在规定时间内做完，得出同一结论，这样就有可能导致部分学生看别人怎么做，自己就怎么做，特别是多人合做时，有极少数学生只看不动手，也不留心实验观察，不记录有关数据，更谈不上去思考，或者就是“依葫芦画瓢”、“做机械运动”，这种教学模式很不利于提高学生发现问题和解决问题的能力，不利于引导学生突破思维定势，不利于学生创新思维方法的形成，不利于学生智能的发展。

但老师也是不得已而为之，不然可能是仪器损害、或是发生安全事故。

因此，教师也是尽量少开分组实验课了。

3.物理教师参加培训较少，老师知识结构老化，观念落后，更新慢，不能适应新课程改革的要求。

主要表现在以下几个方面：

（1）对物理新课程改革的认识不够

（2）对教育理论知识的学习欠缺（3）对学习方式变革的认识不足

4.实验教学基本能力不强

（1）依赖仪器，惟仪器至上，实验变通能力差

（2）不注意培养学生良好的实验习惯（3）不注重基本实验方法的训练和渗透

5.由于体制等各方面的原因，我校学生素质普遍低下，学生学习能力不强。

很多在初中考试成绩都是只考三四十分的学生，这些学生基础本来就差，加上高中的学习难度比初中要大。

这些学生的学习主动性、积极性很差，上课根本不听，也听不进。

这给中学物理实验教学的开展带来很大的困难。

但是,经济条件相对薄弱的农村中学有着丰富、充实的低成本物理实验资源，只要我们善于观察、勤于思考、敢于实践，充分利用身边的生活资源，积极动手，培养学生的创新意识，还可以增强学生节约能源和渗透环保意识。

在农村中学开发和利用低成本实验，无疑是解决仪器不足、适应新课程实验教学需要的一条有效途径。

在农村中学因地制宜、多渠道、多层次地充分挖掘和利用现有的农村低成本物理实验资源，是切实提高农村中学物理教学效益，促进基础教育物理课程改革实施的重要途径。

我们身边可以做物理实验的物品比比皆是，如用筷子做成秤演示杠杆的平衡；铅笔可以做滚动摩擦比滑动摩擦小的实验，抛出去还可以演示惯性和受重力作用改变运动状态等实验；用铅笔、土豆、图钉研究固体压强；用匙子、棋子观察惯性现象；杯子、水、筷子、纸板、鸡蛋观察分子运动、光的折射、大气压、惯性；用蜡烛观察熔化；牙膏皮研究浮力等。

这些物品通过教师和学生的巧妙设计，就能充分发挥生活用品在物理实验中的作用，从而利用它们来创设物理教学情景，启迪学生思维，激发学生的学习主动性和积极性。

实验室里或多或少都有一些废旧的仪器，就把不能修的有用部分拆下来，经过加工组合，制成有用的实验器材或教具。

如何利用淘汰和报废的仪器设备，变废为宝，充分发挥仪器设备的投资效益，是低成本实验设计的一个重要的内容。

开发人的感官在学习活动中的体验潜能，无疑是将新课程的教育理念转化为教育行为的一个重要而基本的探索方向。

由于实验器材就是学生的五官和四肢，所以是最经济、实用、有效的实验方式。

全面开发人体器官和肢体在学习活动中的积极作用，让学生多感官、多角度地参和探究活动，充分发挥学生学习的主动性，对学生形成终身学习和探究愿望，必将产生积极的影响。

例如：

在学习“力的合成和分解”时，学生对如何确定分力的方向这一难点不容易突破。

为了解决这一关键问题，我设计如下两个小实验:

1．取—支削好的铅笔，笔尖朝向左手掌心，另取一根橡皮筋，橡皮筋的一端套在左手中指上，另一端和细线相连，细线绕过笔尾竖直向下。

实验时，让学生用右手拉细线，体会两个分力产生的效果。

2．让学生甲直立站好，将其双手叉在腰间，形成三角支架形状，让学生乙用力向下拉甲同学的肘部。

在这一过程中，让甲同学体验后说出上臂和腰部的感受，即上臂受到拉力的作用和腰部受到压力的作用。

让学生通过手掌和胳膊的造型来体验力的分解，达到对规律的认识和理解，突破难点的效果。

还可以利用学生的鼻子闻气味来理解“分子运动”现象；利用学生比赛跑步小游戏的过程中，突然叫“停”来感受生活中的惯性现象等等。

在白炽灯下，我和学生一起做手影游戏，用手做出不同的手势，灯光下可形成各种各样的影子，来验证光的直线传播；用塑料笔套在干燥的头发上摩擦后吸收轻小物体，可证明摩擦起电；手或脸用水打湿后在电扇下吹变冷可验证蒸发需要吸热等实验。

四、电磁学实验的实践研究

（一）适当变验证性实验为探索性实验

中学物理课堂演示实验可分为验证性实验和探索性实验，而大部分是验证性实验。

验证性实验是对知识的正确和否加以验证，巩固和加深对基本规律和基本原理的认识。

验证性实验这种模式有其优点,就是实验的组织比较容易,过程进行的也比较顺利。

其次,巩固知识的效果比较好,但从培养学生的创造性看,它的缺点就暴露了出来。

因为在这种模式下,结论都是已知的,只是重复验证一下,因此在很大程度上束缚了学生智能的开发和创新能力的培养。

而探索性实验对培养学生思维能力、创造能力、自学能力、观察实验能力及解决实际问题的能力有独到的作用。

因此，在教学中可适当的把一些验证性的实验变为探索性的实验。

由“验证”到“探索”的转变,对学生来说,是一个更高层次的学习要求,不是一下就能达到的。

我们要遵照循序渐进的原则，要了解学生的认识水平,循序渐进的实施转变。

从高一入学就有目的地对学生进行培养和训练。

我们在平常的实验教学中，要尽量再现实验的设计过程，多让学生想想：

“为什么要这样做?

”“换种方法行不行?

”以此渗透物理思想，启迪学生思路。

例如在”探究产生感应电流的条件”一节中,怎样才能产生电流呢?

学生很容易想到初中学过的让闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线的运动.那么,用磁体、线圈、导线和灵敏电流计能不能产生电流呢？

学生的想法是：

如图连接电路。

学生尝试，观察电流计的指针，判断是否有电流产生，并记下指针的偏转方向，完成表格。

磁铁的动作

表针的摆动方向

磁体的动作

表针的摆动方向

N极插入线圈

向右

S极插入线圈

向左

N极停在线圈中

无变化

S极停在线圈中

无变化

N极从线圈中拔出

向左

S极从线圈中拔出

向右

通过实验学生总结出：

磁体的两极在插入（或靠近）或拔出（或远离）线圈时，电路中会产生感应电流。

磁体相对线圈运动的越快，电流计的指针偏角越大，即产生的电流越大。

课本实验中是灵敏电流计，我们实验也是灵敏电流计，通过观察指针的偏转方向和偏角大小来判断电流方向和大小。

有人提出此处可以用二极管，通过发光二极管的单向导电性来判断电流方向，本人认为大可不必，应为二极管体积小，不利于观察，而演示实验要面向全体学生，便于观察是演示实验的必然要求。

根据课本模仿法拉第的实验，连接电路，由于线圈电阻较大，为了便于观察，学生电源选择直流较的电压值（如16V）其中滑动变阻器选择总阻值较小的（我们实验室最小的是50Ω）。

没有插入铁芯时，电流表的指针偏转角度较小，插入铁芯后，偏转角变大。

完成课本表格

开关和变阻器的状态

线圈B中是否有电流

开关闭合的瞬间

有电流

开关断开的瞬间

有电流

开关闭合时，滑动变阻器不动

无电流

开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的

滑片

有电流

（二）参考别人的成功地设计案例

有些规律，课本通过推理或过度给出结论，这时可以参考同行的设计试验为我所用。

例如《验证法拉第电磁感应定律的实验设计》（安徽师范大学物理系高守贵）

利用可拆交流演示变压器,通过反复实践,设计出验证法拉第电磁感应定律的实验.

1.实验器材

可拆交流演示变压器1个,多用电表1只,小灯座1个,3.8V小灯泡1只,长约3m的导线1根,220V交流电源

2.实验原理

根据变压器的工作原理,当交流电通过原线圈时,铁芯中将产生峰值稳定、交流变化的ΔΦ/Δt.如果水平抽动变压器上端的横轭,铁芯不再完全闭合,部分磁感线外泄,造成铁芯中的ΔΦ/Δt变小（如图1所示）

依照上述操作,便可改变ΔΦ/Δt的大小.若抽动横轭到某一固定位置,就能获得比较稳定的ΔΦ/Δt.

3.实验过程

（1）定性研究E感和ΔΦ/Δt之间的关系

将多用电表调至交流电压10V挡,和小灯泡并联,共同串接到副线圈3V挡,原线圈接入220V交流电.当横轭完全闭合在铁芯上时,电压表测出副线圈中产生3V的感应电流.将横轭从原线圈端向外缓慢地水平抽动,小灯泡逐渐变暗,当横轭抽离铁芯约3时（如图2所示）,可以观察到电压读数已经降到2V左右.利用上述直观的现象,引发学生思考该现象产生的原因,通过分析,可知E感和横轭的水平抽动有关,即和变小的ΔΦ/Δt有关,从而得出定性结论:

ΔΦ/Δt越小（大）感越小（大）.

（2）定量研究E感和n的正比关系

除去副线圈,换上长导线缠绕在铁芯上代替副线

圈,并将导线两端和小灯泡串接成闭合线路,同时将多用电表和小灯泡并联.将横轭开口距离调到3左右.随着缠绕在铁芯上的线圈匝数增多,可以观察到小灯泡从不亮到亮的变化过程:

在绕到第4匝时,灯丝微微发光;当线圈线到20匝左右,小灯泡已经比较亮了.绕线过程中,观察多用电表上交流电压读数,发现每多绕一匝导线,感应电动势约增大0.1V,可得出E感和n的定量关系

通过上述实验,进一步进行分析探究:

假设每一匝线圈内的磁通量的变化率为ΔΦ0/Δt,对应产生的感应电动势为E0,则每多绕一匝线圈,整个闭合线路所围的ΔΦ/Δt就增大一个单位的ΔΦ0/Δt,线路中的感应电动势也增大一个E0,由此得出量化的结论———法拉第电磁感应定律.

（3）补充说明①为了操作方便,通常将副线圈摆放在操作者的右手边,同时在实验中注意安全用电,勿用身体接触原线圈中的交流电.

②缠绕导线时,开口处的铁芯内上、下不同的位置,ΔΦ/Δt有所差异,应尽量使导线绕在铁芯下部的同一位置附近.

③由于自感作用,从铁芯上逐渐解开缠绕的导线到第3匝时,小灯泡仍然微微发光,而在缠绕到第3匝时,小灯泡却并不发光.

通过上述简单直观的实验验证,既有利于加深学生对法拉第电磁感应定律的理解,又有利于提高学生的观察、思维等能力,更有利于激发学生科学探究的兴趣,培养深入钻研的科学精神.

（三）电磁学实验习题精选

1.以下是电磁学中两个实验，请你通过平时的观察和思考回答问题：

（1）如图甲所示，是探究“电磁铁磁性强弱和电流大小关系”的实验装置图，其中E表示电磁铁．当闭合开关S，滑动变阻器的滑片P向左移动时，通过观察电磁铁吸引大头针的数量，说明电磁铁E的磁性将．

（2）如图乙所示，在磁场中悬挂一根导体，闭合开关，使导体水平向右运动时，可以观察到的现象是：

．

解析：

（1）在此题中如图甲所示，电磁铁接入电路中线圈的匝数不变，当滑动变阻器的滑片向左移动时，滑动变阻器的电阻减小，所以电路中的电流增大，所以电磁铁E的磁性将增强．

（2）如图乙所示，在磁场中悬挂一根导体，闭合开关，使导体水平向右运动时，导体切割磁感线，电路中产生感应电流，可以观察到的现象是：

电流表指针发生偏转．

故答案为：

（1）增强；

（2）电流表指针发生偏转．

2.在研究电磁感应现象的实验中，将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图连接。

（1）在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转。

由此可以推断…………………………（）

（A）线圈A向上拔出或滑动变阻器的滑动

端P向右加速滑动，都能引起电流计指针

向左偏转；

（B）线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转；

（C）滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，电流计指针均静止在中央；

（D）因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向。

（2）将线圈A插入线圈B中，闭合开关的瞬间，线圈B中感应电流和线圈A中电流的绕行方向（填“相同”或“相反”）。

答案：

（1）B；

（2）相反

3.如图为“探究电磁感应现象”的实验装置。

（1）将图中所缺的导线补接完整。

（2）如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上电键后可能现的情况有：

A．将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将。

B．原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针。

试题分析：

（1）见图。

（2）A．向右偏转一下；B．向左偏转一下

当将原线圈迅速插入副线圈时，则线圈的磁通量也是从无到有，则电流计指针向右偏转一下，当原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，电路中电流变小，导致线圈磁通量变小，则电流计指针向左偏转一下。

点评：

由楞次定律来确定感应电流的方向，而闭合线圈中的磁通量发生变化有几种方式：

可以线圈面积的变化，也可以磁场的变化，也可以线圈和磁场的位置变化．

4.如图所示是探究电磁感应现象的实验装置． 

（1）保持导线不动，闭合开关，电流表G的指针不动，这时导线中　没有　电流． 

（2）保持电路闭合，当导线向左运动和向右运动时，电流表G的指针会向右和向左偏转，表明导线中的感应电流方向和　导体切割磁感线运动方向　 有关．

（3）将蹄形磁铁反转对调磁极，闭合开关，当导线向左运动时，电流表G的指针会向左偏转，当导线向右运动时，电流表G的指针会向右偏转，表明导线中的感应电流方向和磁场方向有关． 

（4）实验中为了使电流表G的指针明显偏转，可采取的措施是　电流表采用灵敏度比较高的小量程电流表　． 

5.下图为“研究电磁感应现象”的实验装置，部分导线已连接．

（1）请用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好．

（2）如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，然后将原线圈A迅速拔出副线圈B，那么此过程中，电流计的指针将向_偏；若原线圈插入副线圈不动，然后将滑动变阻器滑片迅速向右移动，那么此时电流计的指针将

向偏.

答案：

解：

（1）将电源、电键、变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计和大螺线管串联成另一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，电路图如右图所示．

（2）果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，知磁通量增大产生感应电流，若将原线圈A迅速拔出副线圈，则磁通量减小，产生的感应电流和开始相反，所以电流计指针向右偏．

若原线圈插入副线圈不动，滑动变阻器滑片向右移动，则电流减小，磁通量减小，产生的感应电流和开始相反，所以电流计指针向右偏．

解析：

（1）注意该实验中有两个回路，一是电源、电键、变阻器、小螺线管串联成的回路，二是电流计和大螺线管串联成的回路，据此可正确解答．

（2）根据楞次定律判断感应电流的方向．

点评：

本题考查研究电磁感应现象及验证楞次定律的实验，对于该实验注意两个回路的不同．

故答案为：

（1）连线见上图；

（2）右，右

五、小结

在”探究产生感应电流的条件”实验中，完整的电路是学生必须明确的，即电源、导线、用电器，这样，认识回路就能理解各个原件的作用，更深刻的体会产生电流的条件，实验前老师必须尝试选择恰当的实验仪器以达到明显的实验效果。