朗威DISLab跟电磁学的实验教学

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1、朗威®DISLab与电磁学实验教学电磁学是高中物理课程的重要组成部分，具有内容广泛、扩展性强、与现实结合紧密等特点。但电磁学研究的对象相对抽象，再加上受限于传统的实验手段和方法，使一些物理现象不能够清晰展现，影响了学生对物理规律的认识，特别是物理建模能力的培养。有的学生甚至因为电磁学的“艰深、晦涩”而失去了学习物理的信心。随着上海市第二轮课程教材改革的深入，上海市中小学数字化实验系统研发中心和试点学校就朗威®DISLab在电磁学实验教学中的应用进行了大量探索研究，并取得了一定的成效。一、实验手段，明显改观实验是物理教学的基础。纵观物理学发

2、展史，多次出现实验手段的更新引发物理学革命的实例：牛顿棱镜与光学的进步、卡文迪许扭秤与万有引力定律的验证、“本生灯”和分光镜与光谱分析技术的发展，等等。上海二期课改要求从根本上提升物理教学的质量，也促使我们在实验手段和实验方法方面下功夫。作为一个由传感器、数据采集器、计算机和实验软件构成的实验系统，朗威®DISLab在电磁学实验方面提供了一些优于常规的实验手段和实验方法。1、数据采集手段朗威®DISLab在电磁学实验方面现有电压、电流、微电流、磁感应强度等四种基本传感器（图51）。这些传感器的应用方法与传统仪器仪表基本相同，比如电流传感器

3、和微电流传感器串连于电路中，而电压传感器则并联于电路中。但使用传感器进行数据采集与传统仪器仪表的测量的显著区别，就在于传感器可以高频图51自上而下，电流、电压、微电流和磁感强度传感率、高密度连续采集并传送实验数据，实时展现实验过程中物理量的变化，我们称之为“线采集”。而传统仪表只能由人工操作进行“点采集”，无法展示实验的全过程和关键细节。从仪器的分度和测量的精度方面，朗威®DISLab电磁学传感器也要高于传统仪器仪表。2、数据显示和记录手段如果将朗威®DISLab看成一件仪器，则该仪器测得的数据既不是通过指针、也不借助数码管或阴极射线管，

4、而是通过计算机屏幕显示出来。也正是因为计算机成为实验系统的一部分，借助其强大的功能可以让实验数据同时具备数字、指针和波形（图52）等多种显示方式。尽管显示方式不同，但其基础都是实际测量到的实验数据。通用软件支持从“数据到图线”和“从图线到数据”的往复回溯。波形图线具有暂停、回放和存储功能，可更好地体现物理过程，有助于在教学过程中进行关键细节图52自上而下，指针、数字和示波显示的研究。3、数据处理手段朗威®DISLab针对传感器测量到的真实数据进图53DISLab通用软件中的公式调用及数据计行分析和处理，这与虚拟实验软件功用大不相同。朗威®

5、DISLab的计算表格支持数据导出，方便了实验数据的跨软件使用。软件中设置了“波形回放”、“采集频率调节”、“组合（并行）显示”、“数据计算（包括函数计算和任意次方）”、“物理公式库调用”、“图线缩放”、“多项式拟合”、“求导”等多项功能（图54）。可在实验坐标内直接点出实验数据点（离散点），并支持基于离散点的图线绘制、拟合及计算。从某种意义上讲，朗威®DISLab实验软件就是一种新的实验数据处理工具。由于实验手段的改进和提高，电磁学实验数据记图54DISLab通用软件的拟合、求导、积分和求平均功录、计算和处理效率大大提高，实验操作方面的

6、重复劳动减少，实验现象的展示更加丰富、全面和直观，教师和学生得以将大部分时间用于理解物理学本身上。二、突破局限，弥补不足在电磁学教学过程中，明确要求学生建立“电－磁”关系模型，并理解磁现象的电本质。此类实验对仪器设备有特殊要求：不仅需要测量正常实验范围内的电流电压，还需要能够测量微安级的微小电流信号；不仅需要测量电信号，还需要测量磁场的磁感应强度。而传统实验仪器在这方面恰恰存在欠缺。朗威®DISLab提供的微小电流信号及磁场强度的探测手段，使“器材制约实验”的局面得以改观。例如，导体切割磁力线感生电流实验中，最理想的实验方案是使用单根导线

7、。原因在于单导线结构最为简单，最符合教材中对导体切割磁力线感生电流的描述，学生不存在认知困难。但由于传统实验中测量微小电流信号的灵敏电流计只能达到毫安级，再加上单根导线切割磁力线的感生电动势很小，得到的感生电流相当微弱，导致灵敏电流计指针偏转很不明显。因此在教学实践中，根据导线垂直切割磁力线公式——ε=BLV，有时采取增强磁场（如采用钕铁硼磁铁）、增加导线在磁场中的有效长度L的方法，或直接使用微电流放大电路。采用这些措施虽然取得了一定效果，但由于对器材提出了较高要求，实验准备复杂，加重了教师负担。教师往往只能退而求其次，使用多匝线圈代替单

8、根导线，使得学生在认知过程中增加了将多匝线圈视为单一导体的“头脑转弯”工作。朗威®DISLab微电流传感器将实验精度由灵敏电流计的毫安计提升到了微安级，从而能够清晰地观察单根导线切割磁力线感生