基于Dislab的自感现象演示实验的改进

课程教育研究Course Education Research 2021年第36期一、引言物理新课程改革中为了避免由于测量手段、工具、环境和使用者本身素质产生的误差,引进了DIS 实验系统。

它是一种将传感器、数据采集器和计算机组合在一起,共同对一些物理量进行测量的装置,名为DIS 实验,是Digital Information system 三个英文单词的缩写,是“数字化信息系统实验室”的简称,它是一种可以实时采集测量数据的智能化辅助系统,由传感器、数据采集器、计算机系统及相关软件构成。

DISLab 运用于中学物理实验教学具有很多优势,本文通过对利用DISLab 改进自感现象实验的案例研究,可以使我们更加清楚地认识到DISLab 在中学物理实验教学中的地位,也能使我们以后更好地使用DISLab 进行物理实验教学。

二、DISLab 的特点DISLab 系统可以成功克服传统物理实验仪器的很多问题,有力地促进了计算机技术与传统物理实验教学的全面整合。

相对与传统实验仪器它有以下特点:一是实时。

实验数据测量记录与实验操作过程同步,可以同步采集和即时处理测量数据,并且能同时测量记录多个不同种类的物理量。

二是准确。

利用数据采集器可以直接采集所测量的物理量,对传感器不方便测量的物理量还可以通过人工输入相关数据。

时间精度能够达到0.1ms,其它实验数据可以精确到0.4%,能够完全符合中学物理对测量结果精准度的要求。

三是直观。

DISLab 能够在计算机软件上按照数字、指针、波形图三种方式动态实时地展现测量数据的动态变化。

操作者可以采用合适的数据呈现方式,任意察看某一瞬间、某一段时间或整个实验过程的测量数据。

四是高效。

DISLab 不仅可以准确即时采集测量结果,还能利用相关软件高效的对测量结果进行分析和处理,如多种拟合(直线拟合、二次多项式拟合、三次多项式拟合)或求异等。

三、利用DISLab 改进自感现象实验的案例分析在自感现象实验中,我们以往只能通过小灯泡发光强弱的变化情况来观察电路中的自感现象,学生无法直观的体会到小灯泡两端的电压是如何随时间变化的。

dislab在初中科学实验中的创新实践
dislab是一种新型的实验教学模式，它在初中科学实验中得到了广泛的应用和推广。

这种模式利用数字化技术和互联网信息资源实现了实验教学的创新，让学生能够更好地理解和掌握科学知识。

在dislab实验中，学生可以通过虚拟实验、模拟实验、网络实验等多种方式进行科学探索和发现。

这种实验模式不仅丰富了学生的实验经验，还提高了学生的科学素养和创新能力，使其能够更好地应对未来的挑战。

同时，dislab实验也给老师的教学带来了便利。

老师可以通过网络平台对学生的实验操作进行监控和指导，及时纠正学生的错误并提供相应的指导。

这种教学模式不仅提高了教学效率，还使学生能够更深入地理解和掌握科学知识。

在未来的教育中，dislab实验将会得到更广泛的应用和推广，成为一种新型的实验教学模式。

它将会为学生提供更好的实验经验和创新能力，为教师提供更便捷的教学工具和方法，为未来的科学发展和社会进步做出更大的贡献。

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利用ＤＩＳ实验定性定量结合改进自感现象教学＊王剑（中山纪念中学　广东中山　５２８４５４）（收稿日期：２０１８－０４－０４）１　引言物理教学应让学生尽可能多地经历一些探究的过程，领悟物理学研究的思想和方法．实验以定性和定量探究相结合的方式更能突破重难点和落实三维目标．在实验中应尽可能增加定量实验，做到可操作性和科学性兼顾．相比传统实验，ＤＩＳ实验具有变定性为定量，变不可见为可见，变无法做为能做的优势，使高中物理实验过程的时间和空间可视化，更有助于使学生建立起客观的物理概念，深入地理解物理规律．因此，利用ＤＩＳ实验尝试定性定量地进行实验教学以更有效地培养学生的实验探究能力．以“自感和互感”的教学为例，教材中通过通电自感和断电自感演示实验，展示自感现象的规律，引入自感电动势的概念，笔者在教学中发现，这部分教学虽然能观察比较明显的现象，但实验现象转瞬即逝，学生来不及仔细分析，没有充分利用实验探究相关规律，而且教材仅作了定性处理，如果能进一步作定量处理可能教学效果更好．２　对教材改进的见解笔者认为教材中有两点需要改进，现提出以供探讨．（１）需要改进之一人教版普通高中课程标准实验教科书《物理·选修３－２》，教材中图４．６－３，是用一个示意图说明感应电动势阻碍电流的增加：在如图４．６－２的电路中，接通电源的瞬间，电流增加，线圈Ｌ中产生感应电动势．根据楞次定律，感应电动势会阻碍电流的增加．所以灯泡Ａ１较慢地亮起来．示意图是为了说明感应电动势阻碍了电流的增加，但容易产生误解：在通电自感中产生了感应电流，是感应电流抵消了一部分原来的电流．同样在教材“做一做”中用电流传感器演示自感对电路中电流的影响，也容易给学生产生同样的误解．为此，笔者改用电压传感器，通过收集电压变化图像以便更清楚、准确地分析自感现象．（２）需要改进之二通电自感的实验现象还是比较明显的：灯泡Ａ１可能观察到较慢地亮起来，但这个过程很短暂．这种直观的实验现象的确达到了使抽象的概念形象化的目的，很好地验证了通电自感电动势对增加电流的阻碍作用，起到了帮助学生理解概念的作用．但从培养学生的从形象思维到抽象思维能力和严谨的科学态度来说还是不够的．自感电动势到底是怎样阻碍电流变化的，对此学生理解上仍比较模糊，而且这个现象持续的过程太短，几乎是一闪而过，在演示时教师往往要重复几次才能看清楚，但有同学认为是视觉暂留的效果，说服力有限．３　利用ＤＩＳ实验改进自感现象教学（１）教材中的示意图４．６－３可以用自感电动势表示，如图１所示．图１　自感电动势的等效作用在阅读图像时，除了进行观察之外，还需要进行抽象、归纳、推理、联想等思维过程．这里，将描绘原始情境的示意图（教材中图４．６－３）进一步转换为更为直观的电路图，如图１所示，这样，结合自感电动—４９—＊广东省教科研“十三五”规划课题“核心素养导向下提升高中物理学习力的策略研究”，课题编号：２０１８ＹＱＪＫ２４４势的概念进行抽象转化：自感电动势的方向与引起自感电动势的电流增量方向相反，当电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大．示意图可以使学生对自感电动势与电动势的概念在思维上对接，降低理解的难度，对“阻碍”的理解更加具体形象．其二，可以利用ＤＩＳ实验，将通电自感的过程用电压传感器记录下来，使转瞬即逝的物理现象以图像的形式保留下来，以便作进一步理解分析．如图２接上电压传感器（可视为理想电压表），先启动数据采集器，再闭合开关Ｓ，经大约５ｓ后数据采集器停止数据采集，电压随时间的变化如图３所示．图２　用电压传感器观察通电时线圈对电流的阻碍作用图３　用电压传感器探究通电自感现象从图３中分析可知，在闭合开关前电压传感器测量的是开路电压即电源电动势６．２５Ｖ，可以明显看出电路的路端电压（同时也是电感线圈和灯泡Ａ１的串联电压）在闭合开关后陡降为最低５．９０Ｖ，到最低点后又增大到６．００Ｖ，并稳定不变，直到开关断开．从路端电压为６．２５Ｖ陡降为５．９０Ｖ，又升高到６．００Ｖ这一过程体现自感电动势对电流的阻碍作用．这一过程持续的时间很短，大约１８０ｍｓ，我们能观察到的“较慢”，其实一般是很短暂的．在闭合开关通电的瞬间，自感电动势最大，路端电压最小，随后自感电动势随时间减小，导致路端电压增大，由于自感电动势只能阻碍电流的增大，而不是阻止，因而当电流稳定时，自感现象消失，电压达到稳定值．值得注意的是，有学生甚至教师理解通电自感时，把电感看成是一个无穷大纯电阻，而且电阻值逐渐减小．这与实验图像矛盾，由部分电路欧姆定律分析出路端电压会从６．２５Ｖ逐渐减小到稳定值，而非先陡降到最小值再逐渐增大到一个稳定值，其原因是电感线圈不能简单地看成是电阻值变化的纯电阻，而是有感抗的非纯电阻，同时电感本身也相当于一个电源．其三，如图４所示的电路，在开关Ｓ接通时开启电压传感器，然后断开开关，收集数据后生成图像如图５所示．开关Ｓ闭合时灯泡两端的电压为５．５８Ｖ，在断开的瞬间灯泡两端的电压为－６．１７Ｖ，经过１７１ｍｓ后电压减小为零．从图像可以清楚地看到断电自感效果：灯泡两端的电压反向，说明通过灯泡的电流方向反向，这是因为流过线圈的电流经灯泡形成回路；同时可以非常明显地展示“闪亮”的原因：断电瞬间灯泡的电压绝对值相比正常工作时的电压更大，说明断电瞬间的电流比原来正常工作时的电流大．注意断电后线圈与灯泡形成一个闭合电路，线圈相当于一个电源，电压传感器测量的是路端电压即灯泡两端的电压，电压随时间的变化如图５所示．图４　用电压传感器观察断电时线圈对电流的推动作用图５　用电压传感器探究断电自感现象另外我们可以更换线圈Ｌ或串联一个电阻以便调节正常工作时通过灯泡的电流，使灯泡“闪亮”的效果更加明显．接合图像分析，把一闪而过的现象通—５９—实验系统误差分析方法———以“测定电源的电动势和内电阻”为例赵贺林（北京市第八十中学　北京　１００１０２）（收稿日期：２０１８－０４－１７）摘要：高中物理对实验误差教学要求，认识实验误差问题在实验中的重要性，能在某些实验中分析误差的主要来源．测定电源电动势和内电阻实验为高中物理典型实验，教学中发现，对该实验的系统误差，学生掌握起来存在一定困难．从３个角度，对该系统误差进行具体分析．关键词：实验误差　误差分析　图像法　计算法　等效法１　引言高中物理对实验误差的教学要求中，明确提出：要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差概念，知道系统误差和偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源．实验中如果清楚了实验误差产生的原因，自然也就明确了减小误差的方法，对实验方案的设计及实验器材选择也就有了依据．教学中发现，学生对测定电源电动势和内电阻实验误差掌握比较困难，一部分同学仅记住了结果，并不能真正理解其中的机理．为此，本文从该实验系统误差产生的具体原因入手，通过对比分析，明确如何通过改进实验方案，减小系统误差，并希望以此为契机，使学生学习理解系统误差的分析方法并在其他实验中加以应用．２　误差的分类和来源首先，我们明确一下误差的概念．误差是指实验测量值与真实值之间的差异．误差存在于一切测量之中，贯穿测量过程始终．误差的种类按误差性质和来源划分，分为系统误差和偶然误差．其中系统误差来源于仪器误差、理论误差、环境误差．减小系统误差的方法是通过校准仪器，改进实验原理．偶然误差来源于各种偶然因素，受实验者、测量仪器、被测量物理量的影响而产生．减小偶然误差的方法，可以采用多次测量求平均值．在测定电源电动势和内电阻的实验中，电动势和内电阻的测量值是指，忽略电表内阻对电路的影响而得到的结果，即认为电流表内阻为零，电压表内电阻无穷大．电源电动势和内电阻的真实值是指，考櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆过图像“定格”下来．在观察和解释“闪亮”现象的同时有必要引导学生分析，根据能量守恒，流过灯泡的电流应在正常工作时流经线圈的电流值基础上开始减小，因此，发生闪亮与否主要是比较正常工作时流经灯泡和线圈的电流．在以上例子中，通过ＤＩＳ实验中的电压传感器可以把现象不明显的过程准确地用图像的形式记录下来，这些可以让学生有充足的时间和精确的图像分析物理规律．因此，有意识地在教学中利用ＤＩＳ实验数据生成的图像引导学生学会收集数据、描绘图像、分析图像，结合物理过程，学会对物理过程进行不同方式、多个角度的观察，提高探究和分析能力．这有助于学生更好地理解物理概念，从而提高课堂效率，培养学生的探究能力，进而提升学生的核心素养．参考文献１　韩叙虹．数字化传感器实验系统在高中物理进阶教学中的应用———以“法拉第电磁感应定律”的教学为例．物理教学，２０１８（３）：３２～３４２　陈波，翁浩峰．虚实结合的电学实验创新———无线电压、电流传感器的设计原理．物理通报，２０１６（１１）：７５～７７—６９—。

高中物理教材中自感演示实验的改进
李池刚
【期刊名称】《教学与管理（中学版）》
【年(卷),期】2011(0)3
【摘要】@@ 在物理教学过程中,演示实验是学生认识物理规律的感性基础,是学生加深对物理概念和物理规律或原理理解的重要环节.而演示的现象的好坏将对学生造成直观上的正面或负面影响,进而会对学生学习物理概念或规律的理解造成正迁移或负迁移.比如,自感现象是一种特殊的电磁感应现象,它在生产技术中应用较为广泛,但学生不易接受,难以理解.现行高中物理新教材选修3-2第四章第6节中研究自感现象是通过如图1、图2所示的电路来演示的.其中图1为演示通电自感现象原理图,图2为演示断电自感现象原理图.
【总页数】2页(P78-79)
【作者】李池刚
【作者单位】江苏句容实验高级中学
【正文语种】中文
【相关文献】
1.对教材中自感演示实验的研究与改进
2.自感现象演示实验的改进研究
3.自感现象演示实验的创新改进
4.自感现象演示实验的创新改进
5.对互感与自感演示实验的改进
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技法点拨摘要:用DIS系统研究自感现象是在传统实验的基础之上，把传统实验中通电自感和断电自感现象中电流的变化趋势，通过DIS系统在计算机上清楚地呈现出来，帮助学生更好地理解自感现象中电流的变化。

关键词:DIS系统；传统实验；通电自感；断电自感“数字化信息系统”即DIS（Digital Information System）实验技术，是由“传感器+数据采集器+实验软件+计算机”构成的新型实验系统。

该系统成功地克服了传统物理实验仪器的诸多弊端，有力地支持了信息技术与物理教学的全面整合。

它是利用传感器和数据采集器等仪器采集实验数据，然后传送到计算机，利用计算机对数据进行快速处理，分析后的数据由计算机进行显示。

传感器主要包括电流、电压、压强、温度、声波、位移、力、磁、光电门等多种。

它们的主要功能：实时地动态测量各种物理量并把它们统一转化成电信号送入数据采集器。

所谓“传统实验教具”，是根据教学需要而设计的可演示物理现象的仪器，可以是利用简单的工具和易得的材料因教而开发的自制教具，更加贴近生活而且能有效说明问题的创新型实验仪器和教具，满足实验教学需要；大部分是生产企业大规模生产的仪器。

本文将通过用两种不同的方式对自感现象进行研究，分析、对比传统实验和DIS系统实验的不同，以显示各个实验的优缺点，并提出自己对有关研究自感现象实验的一些观点。

《自感与互感》是普通高中课程标准实验教科书物理选修3-2中第四章第六节的内容，是在学习了电磁感应以后，对其的一个应用。

自感现象是一个特殊的电磁感应现象，它是由于线圈中自身的电流发生变化而激发出感应电动势的现象。

一、通电自感现象的研究1.传统通电自感实验如图1电路图所示，在实验过程中，先闭合开关，调节滑动变阻器，使两个灯泡的亮度相同，然后断开开关开始做实验。

闭合开关瞬间，发现与滑动变阻器串联的灯泡先亮，与线圈相连的灯泡后亮，最终两个灯泡达到亮度相同。

通过传统实验，可以明显地观察到在与线圈串联的支路中，由于电流的突然增加，线圈中产生自感电动势阻碍其增加，延迟了同一支路灯泡的亮起。

高中物理教材中自感演示实验的改进作者：李池刚来源：《教学与管理(中学版)》2011年第03期在物理教学过程中，演示实验是学生认识物理规律的感性基础，是学生加深对物理概念和物理规律或原理理解的重要环节。

而演示的现象的好坏将对学生造成直观上的正面或负面影响，进而会对学生学习物理概念或规律的理解造成正迁移或负迁移。

比如，自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它在生产技术中应用较为广泛，但学生不易接受，难以理解。

现行高中物理新教材选修3—2第四章第6节中研究自感现象是通过如图1、图2所示的电路来演示的。

其中图1为演示通电自感现象原理图，图2为演示断电自感现象原理图。

教师做好这两个实验，有利于学生理解自感现象，是上好这节课的关键。

该实验的设计虽有利于演示的分步、分类完成，笔者认为却存在以下三点不足：分两个电路来演示，易使学生形成错觉，认为通电与断电自感是发生在不同的电路中；图2所示的断电自感实验，若线圈L的自感系数不够大，则断电时线圈产生的自感电动势与形成的自感电流较小，不会使小灯泡发出较强的亮光，自感现象就不容易观察到；核心问题：这两个实验装置都不能显示自感电动势(或感生电流)的方向。

演示通电自感现象时，实验易操作，实验现象较为明显，但在演示断电自感现象时，为了使现象明显，往往实验时要求12>11，以达到断电时灯泡有明显的闪耀的效果。

但在实际操作中，经常因为12过大而将灯泡烧坏，造成实验器材损耗，不便于课堂上重复再现实验现象。

另外，由于灯泡闪亮，只说明有电流流过，无法辨析电流方向的变化，不便于教学重点难点的突破。

，为此，在教学中对实验装置进行以下改装，就可很好地解决上述问题，达到较好的效果。

一、实验装置改进方法11.装置原理图(图3)2.改进说明(1)图3是将课本中介绍的断电自感装置图中的灯泡A，用氖管代替。

(2)将单刀闭合式开关，改成点触式弹片开关。

3.优点(1)改用“弹片点触式”开关，断电更方便、更易操作，断电更瞬时。

物理“自感现象”演示实验的改进试探作者：李坚松来源：《广西教育·B版》2014年第06期【摘要】针对互感和自感中电动势方向的判断问题，在教材演示实验电路图4.6-2的基础上设计出改进型的实验电路，更直观地展示实验，帮助学生对这个内容的理解和掌握。

【关键词】自感现象演示实验改进【中图分类号】G【文献标识码】A【文章编号】0450-9889（2014）06B-0075-01在高中物理选修3-2第22页“互感和自感”一节中，教材是用两个电路图来分别说明通电自感和断电自感现象。

笔者认为课本中的演示实验电路图4.6-2（包括实验室中的自感现象演示器）没有做到把感应电动势的方向展示出来，也就是没有展示出感应电动势怎样阻碍原有电流的变化。

在此节内容中，自感电动势方向的判断是一个比较抽象、难掌握的知识点，学生学到本节内容时普遍感到难以理解与掌握，显然，这是本节教学内容的难点之一。

查阅很多文献，关于解决这方面问题的方法很少，在这些方法中几乎都不能很好地用一种更通俗易懂的方式来把抽象的自感电动势方向判断问题进行讲解。

为此，本文在教材演示实验电路图4.6-2的基础上设计出另一实验电路（如图1所示），它除了能很好地演示通电自感和断电自感现象，同时还能把抽象的自感电动势的方向用通俗的发光方式给显示出来，演示效果非常好。

一、实验电路及元器件参数的选择电路如图1所示，L1和L2为3.8V0.3A的小灯泡，D1和D2为发光二极管，R为50Ω1W 的电位器，E为6V电源，自感线圈L笔者用废旧微波炉的高压变压器（1000W）的初级绕阻来做，初级绕阻线粗，可从中间引出抽头分成BC部分和AB部分（匝数比约为3比2），线圈的设计原则为电感量足够大，内阻足够小，K闭合瞬间L1明显滞后于L2发光，在K闭合和断开瞬间，L的AB部分产生足够大的自感电动势，D1或D2获得足够大的正向电压而导通发光，D1的额定电压略大于D2的额定电压，以灯泡L1正常发光时D1刚好不亮为宜。

自感现象的探究及演示实验改进作者：覃彬来源：《中学课程辅导·教学研究》2013年第30期摘要：自感现象是高中物理学习的难点，教师在课堂上做的演示实验对学生正确认识和理解自感现象具有重要的意义。

本文结合课堂教学要求，针对学生学习自感现象存在的误解，通过对自感现象的分析，对自感现象的演示实验进行探究，并对实验进行了改进，增强实验的趣味性和新颖性，充分发挥了物理演示实验的功能。

在对自感现象演示实验探究与改进的基础上，对这些演示实验的综合分析及从教学法的角度来考虑，使学生能够比较直观地了解实验现象，并能消除学习自感现象中的误解，提出对自感演示实验改进的几点具体措施和方法，在消除学生学习困难，提高学生的理解能力和科学素质，促进学生的学习上有所帮助。

关键词：自感发现；理论分析；实验改进中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2013）30-0086自感现象的实验演示一直是高中物理的必做实验。

不少物理教师感到这个实验比较难做好，换个角度考虑，从物理教学实验方法和学生学习、理解方面来看，都有进一步研究和讨论的必要。

图1和图2分别是高中物理课本所采用的演示实验电路图。

图1的电路用于演示通电时的自感现象：当S接通时，可见到A2几乎立即变亮，而A1是逐渐变亮的（尽管最后稳定时与A2亮度一致），这说明在接通电源时，线圈中有自感电流产生，阻碍电流的增加。

图2的电路用于演示断电时的自感现象：当S接通时，灯泡A正常发光情况下，断开S，可看到A灯闪亮一下之后熄灭。

尽管一般实验闪亮的持续时间极短，也看不出灯泡熄灭的过程，但利用灯泡在S断开后闪亮的事实，可以说明由电感、电灯组成的回路中在外接电源己断开的情况下确实还有电流通过，这只能是线圈在断电时产生的自感电流所致。

在中学物理课中引入自感概念的实验，存在明显的不足，主要是实验现象没有突出自感的本质特征，而所表现的某些现象又易被学生曲解。

当图2电路断电时，灯泡A应该突然出现耀眼的闪光或看到“过一会儿才渐渐熄灭”，但这些现象极为短暂，学生不容易观察到。