李瑞環(huán) 吳先球

（華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

1 引言

教師在課堂演示電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，因?yàn)閮x表體積過大和電線連接交叉，學(xué)生難以清晰觀察電路連接和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.因此，設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)操作過程，顯示電路連接的演示儀，能夠提高實(shí)驗(yàn)的可視化和實(shí)時(shí)性，改善教學(xué)效果.在研究了多款演示儀的基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計(jì)、制作了一款可視化的電學(xué)實(shí)驗(yàn)演示儀.該演示儀與其他同類演示儀相比，具有電路連接可視化、實(shí)現(xiàn)多種接法等優(yōu)勢，以達(dá)到方便教師演示和講解的同時(shí)，也能讓所有學(xué)生觀察到直觀明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的目的.

2 實(shí)驗(yàn)裝置

可視化、多種電路可選是本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，為了直觀顯示實(shí)驗(yàn)的操作過程與原理，基于以上構(gòu)思，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行以下相應(yīng)設(shè)計(jì).

（1）裝置的整體設(shè)計(jì).

為了方便觀察，把儀器按照?qǐng)D1固定在木板上.在木板上切割恰當(dāng)?shù)拿娣e，讓電流表和電壓表嵌入木板中，讓電表的接線柱固定在面板上.

（2）電路連接的可視化設(shè)計(jì).

圖1

圖2

為了讓學(xué)生清晰地看到電路連接過程，按照?qǐng)D2制作夾層.用細(xì)小鐵柱在中間固定木板和黑茶色有機(jī)玻璃板，在夾層按照不同的電路連接線路設(shè)計(jì)LED電路.當(dāng)LED不亮?xí)r，黑茶色有機(jī)玻璃板擋住光線，面板沒有顯示電路連接；當(dāng)LED亮?xí)r，透過黑茶色有機(jī)玻璃板可以觀察到電路連接.

（3）電路連接的控制.

在木板的后面用電線連接實(shí)際的電路，用繼電器電路來實(shí)現(xiàn)多種線路連接的變化，通過繼電器的閉合和斷開來實(shí)現(xiàn)LED的亮滅和電路的切換.

3 操作演示與部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）選擇電流表內(nèi)外接法，按照電路控制繼電器，閉合電路開關(guān)，如圖3所示；

（2）讓學(xué)生觀察電路連接，多次改變滑動(dòng)變阻器，記錄電流和電壓值；

（3）改變電流表接法，測量多組電流和電壓值；

（4）計(jì)算被測電阻值，或電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻.

圖3

圖4為本演示儀實(shí)驗(yàn)測量的數(shù)據(jù)，通過圖形化軟件作圖，描點(diǎn)擬合直線，求出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，并讓學(xué)生比較電流表內(nèi)外接法的圖形，和所求電動(dòng)勢和內(nèi)阻的差異，分析產(chǎn)生差異的原因.

圖4

4 結(jié)語

該演示儀利用LED使電路的實(shí)際連線、實(shí)驗(yàn)過程直觀明顯地展現(xiàn)在學(xué)生面前，增強(qiáng)了可視化效果，有助于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)過程和方法，配合圖形化處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)教師的教學(xué)和學(xué)生的觀察都能起到很好的輔助效果.該演示儀可以實(shí)現(xiàn)伏安法測電阻、測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)，靈活變換電流表內(nèi)外接法，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)際應(yīng)用效果反應(yīng)良好.

1 葉新風(fēng)，范吉清.電學(xué)實(shí)驗(yàn)演示困境的解決方法［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2012（22）：66－67.

2 部德才，吳先球，呂紅英等.遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)中RLC電路參數(shù)的計(jì) 算 機(jī) 控 制 ［J］.實(shí) 驗(yàn) 技 術(shù) 與 管 理，2005（9）：71－73.

3 單美賢，李藝.虛擬實(shí)驗(yàn)原理與教育應(yīng)用［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2005.