王小庆

物理是一门以实验为基础的学科，绝大多数物理定律都是在大量实验的基础上归纳总结出来的，物理实验对物理学的发展和物理教学都起着极其重要的作用。在课堂上演示好物理实验，可以极大地帮助学生掌握物理实验的探究方法，更有助于学生深刻理解所要研究的物理规律的本质，从而激发学生学习物理的浓厚兴趣，转变以往被动的知识灌输模式，让学生走向积极的、主动的自主性学习，从而实现课堂的高效性。同时，随着科学技术的高速发展，物理实验仪器和实验方案正在发生翻天覆地的变化，依靠当今现代化的实验教学设备，有效课堂逐步迈向高效课堂，高效课堂逐步迈向“智慧课堂”[1]，最终实现智慧校园的建设。

将重点介绍法拉第电磁感应定律实验的改进与实验方案的优化，把定性分析演示实验改进成定量分析分组实验，让物理课堂变得更有探索性、更有趣味性。

一、法拉第电磁感应定律实验的器材创新和优化方案

法拉第电磁感应定律是人教版高二物理选修3-2第四章第4节的内容，电磁感应定律内容表述简洁，公式精炼，但传统的探究方法只是粗略地定性分析，(如图1所示)。现代化的探究方法往往也只是教师一个人在讲台上演示，全班学生在讲台下观看—现代化的实验探究是用DISLab数据采集器和配套的专用软件(如图2所示)，用数据采集器的方案中，还存在一些推广上的难题，首先，相当一部分学校电教设备还不齐全，教室内没有计算机，更谈不上用数据采集器收集数据和用软件处理数据；其次，即使电教设备较齐全，也极少有学校能实现让学生分组进行自主实验探究。

图1

图2

图1中传统的定性探究方法缺乏有力的实验数据，图2中现代化的探究方法有数据的强力支撑，但限于经济原因，目前还无法全面普及。此实验的难点在于如何测得电动势的瞬时变化值，为了使法拉第电磁感应定律探究实验更具可操作性、普及性，根据智慧校园的教学理念，将对实验做出如下改进。

首先，在实验器材方面，要测量电动势的瞬时值[2]，选用数字电压表(如图3所示)，为了能记录不断变化的瞬时值，采用现已广泛普及的手机功能—视频慢动作，通过视频慢动作一帧一帧记录电动势的瞬时变化值，(如图4所示)。为了让瞬时电动势的值大一些，此处选择用磁性超强的钕磁铁(如图5所示)。

图3

图4

图5

图6

在图6中，1，2，3，4，5代表线圈所在的位置，x1，x2，x3，x4，x5代表各线圈间距，6代表透明塑料管。

二、实验操作步骤和实验数据的处理

1.控制磁通量的变化率不变 改变线圈的匝数 探究E与n之间的关系

首先，将塑料管竖直固定起来，只在图6中3的位置放置线圈，把数字电压表和线圈连接好，打开手机摄影慢动作功能，一切准备就绪；然后，将铷磁铁从塑料管上端口静止释放，对数字电压表进行录像，通过视频慢动作回放，找到电动势的最大值，将数据记录在表1中。改变线圈的匝数，重复以上实验。

表1 电动势E的最大值和线圈匝数之间的关系

根据上表中记录的实验数据，以纵轴为电动势E，以横轴为线圈匝数，建立坐标系，描点绘图(如图7所示)，由此可得，电动势E的大小跟线圈匝数n成正比。

图7

首先，将塑料管竖直固定(如图6所示)，在塑料管1，2，3，4，5所在的位置放置相同匝数的线圈，并调整线圈之间的距离之比为x1：x2：x3：x4：x5=1:3:5:7:9，将第一个位置的线圈与数字电压表连接，打开手机摄影慢动作功能，一切准备就绪，将铷磁铁从塑料管上端口静止释放，对数字电压表进行录像，通过视频慢动作回放，找到电动势的最大值，将数据记录在表2中。然后，将数字电压表与第二个线圈连接，重复以上实验。

表2 电动势E的最大值和磁通量变化率之间的关系

根据表2中记录的实验数据，以纵轴为电动势E，以横轴为磁通量变化率，建立坐标系，描点绘图(如图8所示)，由此可得，电动势E的大小跟磁通量变化率成正比。

图8

通过以上实验仪器和实验方案的改进和优化，学生的手机也变成实验仪器的一部分，实验仪器简单，原理清晰，可操作性、可普及性强，用强有力的数据证明了法拉第电磁感应定律。通过进行分组实验，提高学生参与实验探究过程的积极性，培养学生自主动手能力，让学习过程更加快乐，课堂效果更好。

本实验的主要误差是铷磁铁在做自由落体时，根据楞次定律来拒去留原理，铷磁铁会受到向上的磁场力的作用，并且铷磁铁运动得越快，线圈中产生的电流越大，向上的磁场力越大，从而对铷磁铁做自由落体运动带来一定的影响，进而影响线圈中电动势的大小，给电动势的测量带来一定的误差[3]。

三、结语

高中物理课改正在前行的路上，物理教学注重演示实验和分组实验，高中阶段物理实验比较多，有一些实验仪器还有待改进，实验方案还有待优化，在智慧校园建设的过程中，应该利用一切可以使用的器材，不仅要建设网络校园、智能校园，最终的目的是要建设智慧校园。让学生学习更加高效，更加快乐。

纵观物理之博大精深，让我们携起手来，发挥我们的聪明才智，一起来研究物理实验，根据身边现有的器材，进一步改进物理实验，优化物理实验，共同为实现有效、高效的物理课堂尽自己的一份绵薄之力，为实现智慧校园的建设打下坚实的基础。