高中物理课堂实验中的假现象剖析

高中物理课堂实验中的假现象剖析

虞艳美

虞艳美宁波市慈湖中学315031

摘要从实验器材和实验原理两个角度，分析在高中物理课堂实验中出现的假现象，通过实验和理论剖析造成假实验本质，并提出避免造成假实验的建议。

关键词：高中物理实验假现象

爱因斯坦曾经说过：“照亮我的道路，并不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善、美和真。”物理学是一门基础自然科学，它所研究的是物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。高中物理，旨在进一步提高学生的科学素养，了解科学研究方法，引领学生探索自然、探求科学真理，为形成科学世界观和科学价值观打下基础。求真，贯穿着整个高中物理教学。

但是，在高中物理课堂中，会出现一些假实验，假现象。分析造成假实验的原因，主要有两大类：第一类是实验器材导致的，第二类是实验原理不明导致的。

一、实验器材导致的假现象

在人教版选修3-2和1-1中都有《变压器》一节，在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”时，变压器实验是必做的演示实验。分别用实验室最近购置的可拆式变压器和老的可拆式变压器进行了实验。

从上表不难看出，老变压器在原副线圈互换前后，平均电压损失相差不多；而新变压器在原副线圈互换前，平均损失很小，非常接近理想变压器，但在原副线圈互换后，平均电压损失明显增大。

出现这种现象的最大可能就是绕制线圈匝数的问题。将新变压器两个线圈拆开发现：互换前的原线圈，标记200匝的，实际有229匝；互换前的副线圈，标记100匝的，实际有130匝，标记400匝的，实际有521匝。以新变压器在表1和表2中的第3、4组数据为例来说明。根据第3、4组数据，原副线圈互换前，变压器为升压变压器，记录的匝数分别为n1=200匝，n2=400匝，而实际匝数n1=229匝，n2=521匝，实际匝数比为0.44，比0.5小12%，这样使得测得的输出电压较匝数比为0.5时大，接近“理想”的变压器，也就是说，厂商将变压器的电压损失12%已用匝数修正。将原副线圈互换后，变压器为降压变压器，记录的匝数分别为n1=400匝，n2=200匝，而实际匝数n1=521匝，n2=229匝，实际匝数比为2.28，比2大12%。单考虑匝数比的差值就会使输出电压比理想变压器的小14%左右，再考虑变压器的效率问题，输出电压会比理想变压器的再小12%左右。另外考虑到读数的误差，数匝数的误差等因素影响，导致新变压器在原副线圈互换后，测得的输出电压比理想变压器的少30%左右，这与表3中计算出的变压器的平均电压损失相符。

实际的变压器由于铜损、铁损、磁损，效率不可能达到百分之百，一些大容量变压器效率可以达到98%~99%，而我们教学用的可拆式变压器远远达不到这个值。为什么厂商要用匝数修正呢？一般变压器的初级电压和次级电压是按照客户指定的，厂商会根据客户的实际需要绕制线圈。因为要获得给定的输出电压，而实际的变压器必定有损失，所以厂商会在线圈匝数上作修正。

尽管如此，教师如果用这批新购置的变压器在课堂上做演示实验，看上去得到的结果非

上题在考查互感的同时实际上也在考查对理想变压器的判断。很多学生利用理想变压器的电压与匝数关系求出输出电压应为9.02V，近似等于9.0V，所以绝大多数考生选择B。事实上由于这是开放铁芯，该变压器的磁损非常严重，电压损失很大，绝对不能当作理想变压器来处理，所以选择A。

很多考生看到参考答案时，还不知道为什么B选项错了，这说明在学生的脑海中理想模型已经根深蒂固了。教师在教学中不能一味地追求理想模型，应强调把实际模型抽象成理想化模型是有条件的，以及非理想模型如何处理等等。反过来，即使实验失败了也并不可怕，若能抓住时机正确处理，反而会产生一些正面效应，挖掘意想不到的效果，使学生更多受益。

二、实验原理不明导致的假现象

在人教版1-1第四章第一节《电磁波的发现》一节中，学生对麦克斯韦电磁理论的两条核心内容，即“变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场”缺乏感性、直观的认识，部分师会进行实验演示。在一次优质课比赛中，执教者对于“变化的电场产生磁场”这样演示的：

将感应圈与南北放置的平行板电容器相连，在两块极板之间放一枚小磁针，如图甲所示。

也有人将该实验改进，将两块金属板水平放置，多枚小磁针放在金属板上，观察到小磁针排列成同心圆。虽然这样能说明有磁场的存在，但一定是变化的电场产生的吗？文献[5]和[6]从理论上推导计算，并得出结论：电容器内部和外部的磁场都是由传导电流（极板电流+馈线电流）产生的，而变化的电场对磁场的贡献几乎为零。

在前面的实验现象中，都有明显的实验现象，究其本质，却不是由于变化电场产生的磁场的缘故。是人们太想用实验来证明，或者太渴望看到这个实验现象，而被实验现象蒙蔽了。变化的电场产生磁场的实验证明到目前为止还是高中物理实验中的一个难题，有待解决。

物理实验培养学生严谨的实验态度，科学的实验方法。教师在做演示实验时，一定要做真实验。如果只是一味地想得到理想的实验数据，得到理想的实验结果，而主动或被动地做假实验，违反了物理实验精神，会对学生的科学素养、实事求是的科学精神培养不利，是不可取的。

防止在物理课堂中出现假实验，假现象，首先就需要物理教师多学习，多研究。不仅要研究高中物理教材，还要回顾大学物理，多查阅与高中物理有关的文献、资料。其次，多与校内外同仁交流、探讨。另外，多看看实验仪器的说明书，会对实验有很大的帮助。

参考文献

【1】普通高中物理标准.中华人民共和国教育部

【2】江俊勤.能这样演示“变化的电场产生磁场”吗？［J］.物理教师,2005,26(12):36-38.

【3】郑曙辉.“变化的电场产生磁场”的演示实验设计［J］.物理教师,2003,24(4):24-25.

【4】陈献文.“变化的电场产生磁场”演示实验的探改［J］.中学物理教学参考,2003,32(11):44-45.

【5】朱久运.关于位移电流激发的磁场——兼谈位移电流的实验验证［J］.大学物理,1983,2(11):9-12.

【6】沈华嘉,江俊勤.圆平行板电容器极板电流磁场的数值计算［J］.佛山科技学学院学报(自然),2003,21(4):16-18.