摘 要：本文介紹了在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)中，如何通過一些列小實驗將物理知識點形象地、深入地讓學(xué)生理解，讓物理知識不再枯燥無味，而是鮮活有趣。本文列舉的實驗以清華大學(xué)安宇教授的的慕課課程《大學(xué)物理2（電磁學(xué)、光學(xué)和量子物理）》為依托，主要是電磁學(xué)方面。通過大學(xué)物理知識與慕課實驗相結(jié)合的教學(xué)探索，希望對大學(xué)物理的教學(xué)改革有所促進。

關(guān)鍵詞：實驗；大學(xué)物理；慕課；教學(xué)模式

中圖分類號：G420文獻標(biāo)識碼：A

一、結(jié)合慕課實驗的背景

慕課作為一種新型教育模式，從2013年在國內(nèi)以中文慕課的形式啟動開始，受到了廣泛的關(guān)注。筆者進行課堂教學(xué)與慕課相結(jié)合的教學(xué)模式的實踐已經(jīng)三年了。在這期間，大學(xué)物理的學(xué)習(xí)一直結(jié)合的是清華大學(xué)安宇教授的慕課《大學(xué)物理2（電磁學(xué)、光學(xué)和量子物理）》。安宇老師的課程里有一個最大的優(yōu)點就是：現(xiàn)場實驗教學(xué)。在講解有些知識點時，安宇老師就直接現(xiàn)場做實驗，把實驗裝置、步驟、現(xiàn)象都一一擺在大家眼前，一目了然。這些實驗很直觀，適合所有學(xué)生去學(xué)習(xí)，而且和實際緊密聯(lián)系，促進學(xué)生對理論內(nèi)容加深理解。學(xué)生對這些實驗的興趣明顯比單純學(xué)書本上的知識點要有興趣，所以在授課中，我會將知識點與小實驗結(jié)合起來去講解。下面我對其中15個實驗與大學(xué)物理知識點的結(jié)合進行了梳理。

二、知識點與實驗結(jié)合

（1）用“高壓帶電實驗”解釋“電勢和電勢差的區(qū)別”這一知識點。

實驗內(nèi)容：高壓線上帶了4萬多伏電壓了，人和高壓電線之間有4萬多伏電勢差，用手碰危險。但是人站在和地面絕緣的臺子上，將臺子上的線鉤掛到高壓電線上，人和高壓電線就零電勢差了，就不危險了。但是此時人和地面之間就有了4萬多伏電勢差了，人如果此時碰地面就危險。實驗結(jié)束后，人不能馬上走到地面，因為現(xiàn)在人帶了4萬多伏高壓電，現(xiàn)在和地面有這么多的電勢差。應(yīng)當(dāng)先把掛鉤和高壓電線脫離，此時人和掛鉤仍然是4萬多伏，然后把掛鉤搭到地面上，現(xiàn)在人和地面等電位了，人可以走下來了。

總結(jié)：高電勢并不可怕，可怕的是電勢差。

（2）知識點：導(dǎo)體靜電平衡條件。實驗內(nèi)容：用一個類似子彈形狀的導(dǎo)體，內(nèi)外都接上細線做成的穗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，尖的地方穗比較挺，而側(cè)邊不那么挺，凹進去的地方穗貼在里面，這一系列現(xiàn)象說明正曲率較大的電荷面密度較大，附近的電場強度也大；曲率較小的電荷面密度最小，電場強度也小。

（3）知識點：尖端放電。

實驗內(nèi)容一：葉片是萬字形的，帶電后，由于尖端放電，向后有一個帶電粒子流反沖，它就會轉(zhuǎn)起來。尖的地方往外放電，所以是反著尖的地方轉(zhuǎn)。

實驗內(nèi)容二：描述：導(dǎo)體的尖端對著蠟燭，帶上電以后，由于尖端放電，會把蠟燭吹滅。

實驗內(nèi)容三：避雷針原理演示，兩極板間帶上高壓，由于它們之間電壓比較強，會出現(xiàn)放電現(xiàn)象。（類似雷擊建筑的過程），圓球相當(dāng)于建筑，向圓球放電。如果放上一個尖的導(dǎo)體，此時放電就在尖端進行，圓球代表建筑的導(dǎo)體就安全了。這就是避雷針的原理。避雷針熟起來以后，閃電擊中避雷針，而不擊中建筑物。

（4）知識點：靜電的作用。

靜電點亮日光燈的實驗。跳泡的作用，產(chǎn)生高壓，這個高壓加速里面的電子，電子擊穿這里面的氣體，導(dǎo)致產(chǎn)生紫外線，紫外線打到熒光壁上[1]，就看到光了。如果沒有跳泡，日光燈不亮。

實驗內(nèi)容：如果去掉跳泡，用帶有靜電的塑料絲團，它仍然可以加速里面的電子，點亮日光燈

（5）知識點：靜電屏蔽。

實驗一：導(dǎo)體絲編織的鳥籠形狀的東西，紅線掛在鳥籠外面，黃線掛在里面。帶電后，紅線都立起來了，黃線都耷拉著。說明鳥籠子的外壁有電荷分布，可是內(nèi)壁沒有電荷分布。即導(dǎo)體空腔里面不帶電，外面帶電。

實驗二：高壓線靠近靜電計，靜電計有反應(yīng)。但是如果把導(dǎo)體絲編織的鳥籠子找在外面，這時候再把高壓靠近它，就不會有反應(yīng)了。

（6）知識點：電介質(zhì)對電容大小的影響。

實驗：平行板電容器，其中一個板上把靜電計街上，指針張角代表電壓的高低。用靜電起電機給電容器充電，靜電計張角開了，說明帶電了。此時把接頭拿開，也就是電容器孤立了，帶的電荷量不變了。把電容器極板間加上電介質(zhì)：水，此時由于Q不變，C變大，U變小，所以靜電計張角變小。

（7）知識點：介質(zhì)極化。

實驗：兩個平行板之間放了很多彩色紙條，給平行極板上加上電，這里面的紙條會發(fā)生極化，在電場的作用下，里面的紙條都已近豎起來了，這些紙條其實就是電介質(zhì)。即：介質(zhì)極化，紙條在電場中沿著電場線排列。

（8）知識點：壓電性質(zhì)。

實驗：壓電陶瓷片（鐵電材料制成），兩邊加壓時會出現(xiàn)極化電荷。把鐘表放在壓電陶瓷片上面，鐘表的滴答聲就傳遞給了壓電陶瓷片，把這個信號傳遞給電信號放大器，效果是鐘表的滴答聲被放大了。

（9）知識點：溫差電現(xiàn)象。

實驗：銅和康銅組成一個回路，一邊用冰水混合物，一邊加熱，形成溫差電電動勢，就會產(chǎn)生溫差電流。就會產(chǎn)生磁場，磁場就會吸引鐵塊。證明兩種不同的金屬，比如鐵和銅連成回路，加熱其中一個接頭，會形成溫差電動勢。

（10）奧斯特實驗：

通電電流周圍產(chǎn)生磁場，導(dǎo)線下面的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

（11）洛倫茲力實驗：高壓加到真空管上，管里面會有電子束被高壓加速，電子束的是直的。如果有磁場作用，電子束方向發(fā)生改變。

（12）知識點：超導(dǎo)磁懸浮。

磁鐵上面放一個超導(dǎo)材料，超導(dǎo)材料降溫，降到它的臨界溫度以下，這個超導(dǎo)材料將會懸浮在這個磁鐵上方。實驗說明了超導(dǎo)材料在臨界溫度以下的抗磁性。在外磁場的作用下，它有很強的排斥力，如果排斥力大于重力，就會懸浮在磁鐵上方。直到它的溫度轉(zhuǎn)變到它的臨界溫度以上，就會掉下來。

（13）知識點：楞次定律。實驗：左邊小鋁環(huán)有開口，右邊小鋁環(huán)完全閉合。用永磁鐵棒插入有開口的鋁環(huán)，鋁環(huán)靜止不動。再插入閉合的鋁環(huán)，鋁環(huán)隨之轉(zhuǎn)動。

（14）知識點：渦電流。實驗：電磁灶上放上紙，再放上裝有冷水的平底鍋，通電以后，水開了，紙卻安然無恙。原理：當(dāng)高頻電流通過線圈時，鍋的底部產(chǎn)生變化的磁場，引起了渦流，從而產(chǎn)生焦耳熱。 電磁灶就是利用這些熱量來對食物進行烹調(diào)的。同理，為什么變壓器的鐵芯要用片狀的硅鋼片制成呢？如果鐵芯是一個整塊磁鐵材料，它處于交變磁場中，在內(nèi)部會引起很大的感應(yīng)電流，這種呈渦旋狀的電流稱為渦流。渦流在鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生有害的焦耳熱，使鐵芯溫度升高，破壞線圈的絕緣。為了減小鐵芯的渦流熱效應(yīng)，在垂直于渦流流通的方向上，將鐵芯分割成片狀，并對各片之間做絕緣處理，從而增大電阻，減小渦流熱效應(yīng)[2]。

（15）知識點：電磁波的發(fā)射和接收。

實驗：左邊是電磁波發(fā)射裝置和偶極振子天線，右邊又是一個偶極振子天線用來接收這個電磁波。當(dāng)發(fā)射天線和接收天線平行時，接收的功率最大。越來越靠近時，燈泡越來越亮，接收的功率越來越大。如果發(fā)射天線和接收天線垂直，幾乎接收不到電磁波，燈泡不亮。

三、總結(jié)

實驗室的資源是有限的，能為同學(xué)們開放的大學(xué)物理實驗也有限。通過大學(xué)物理知識與慕課實驗的結(jié)合，使得學(xué)生除了按教學(xué)計劃去物理實驗室做幾個固定實驗。還能夠通過慕課的學(xué)習(xí)接觸到更多的實驗，而且這些實驗生動有趣又淺顯易懂，將知識點用實驗現(xiàn)象展現(xiàn)出來，使得學(xué)生對物理知識更感興趣，激發(fā)學(xué)生的動手能力，更對生活中的物理現(xiàn)象進行探討，這樣的教學(xué)明顯更受到學(xué)生的歡迎。今后也將繼續(xù)往這個方向努力，愿為大學(xué)物理的教學(xué)起到一點積極作用。

參考文獻：

[1]張宇，趙遠.大學(xué)物理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.7.

[2]秦曾煌.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009.5.

作者簡介：姚婧（1985-），女，漢族，山東煙臺人，碩士，教師，講師，研究方向：檢測技術(shù)與自動化裝置。