中学物理中的守恒仪的综合研究（一种力电磁综合试验仪）
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摘 要：一个小球在弧形槽中由高处向低处加速运动，以高度换速度，而由下向上运动时，以速度换高度。激发出学生速度与高度整体守恒猜想，进而研究背后的物理原理。两个相同的小球在糟中一动一静的碰撞，因其交换速度而引发学生好奇，进而探究动量的转化与守恒的思想。金属棒不切割磁感线时，机械能缓慢减少，在两弧形板间加上磁场，机械能迅速减少，而LED灯闪亮，电流表偏转，体现了机械能转化为电能的守恒思维。给金属棒通电后，金属棒偏转，高度增加，表现出电能转化为机械能。通过本仪器的实验，可使学生建立转化与守恒的思想。加深了中学物理中学生对能量守恒的理解。
关键词：实验整合 场景再现 实验探究 转化与守恒思维
研究背景
当前高考3+3模式中，选考物理的考生呈逐年递减趋势，不利于国家选拔人才，深思其根源，在于物理难学，难学的根本在于我们脱离了物理学的学习规律，物理学是一门实验学科，教学时应以实验为基础，展现物理场景，激发学生学习兴趣;当今教学过程中，很多学校实验停留在黑板上，对极少数高智商学生因其有丰富的想象力和足够的生活积累，有能力在脑海中构建出这些场景，学习起来得心应手。体现了高效性。但对绝大多数学生来说，应缺少实验环节，难以构建物理场景，不知所云，导致学习物理困难，多次努力不见成效，进而放弃。假如我们补齐物理中的实验环节，顺应物理规律教学，对多数学生可循序渐进，顺便成才。
缺少实验环节的原因首先是物理实验仪器陈旧过时，比如牛顿第一定律演示仪，少有现成的仪器，老师自制教具简陋粗糙，致使教学实验停留在口头上或试题上。
此外，在涉及电生磁章节的教学中，现有的实验比较单一，而且很多实验难以通过教具体现，很多老师嫌实验麻烦，因而单一的实验也很少做，导致学生学习效率低下。
其次，物理实验器材过多，过于复杂，一个实验一套器材，教师疲于借送器材的繁锁，很多物理实验也就不了了之。
研究內容
本守恒仪解决其技术问题所采用的技术方案是：一种力电磁综合守恒仪，包括支撑座、固定在支撑座上的第一弧形板以及与第一弧形板平行、活动设置在第一弧形板上方的第二弧形板，第一弧形板和第二弧形板上均匀分布有磁铁块，第一弧形板和第二弧形板之间有金属棒，金属棒上设有导线，所述的第二弧形板上开设有平行的多条凹槽，第二弧形板上方设置有支架，所述的金属棒通过两端的连接杆悬挂在支架上，支架上安装有LED灯，所述的LED灯与导线导接。
所述的一种力电磁综合实验仪，其支架上还设置有与导线连接的电流表。
所述的一种力电磁综合实验仪，其金属棒为铅棒。
所述的一种力电磁综合实验仪，其第一弧形板和第二弧形板为钢板。
所述的一种力电磁综合实验仪，其凹槽有三条。
所述的一种力电磁综合实验仪，其连接杆和金属棒为空心结构，导线从中穿行，所述的金属棒上安装有轴承，通过销轴与连接杆活动连接。
所述的一种力电磁综合实验仪，其支撑座为实心木台或空心金属架。
与现有技术的方式相比，本守恒仪具有以下至少一种优点：
1.金属棒、导线和支架构建了物体的复摆，当金属棒往复摆动时，模拟出了闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，金属棒产生感应电流后LED间隔闪亮，演示了电磁感应现象;
2.支架上设置了与导线连接的电流表后，可通过指针的左右偏转，将感应电流的大小与金属棒切割磁力线的速度联系起来;
3.同时圆形的弧形板和沿圆弧轨迹运动的金属棒还可帮助学生验证右手安培定则;
4.第二弧形板上的凹槽，放入合适大小的钢球后可做碰撞实验，可用于渐进演示牛顿第一定律。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
参照图1所示，本守恒仪，包括支撑座1以及平行设置在支撑座1上的第二弧形板2和第一弧形板8，第二弧形板2和第一弧形板8上均匀分布有磁铁块，上下两层的磁铁块形成磁场的S极和N极，第二弧形板2和第一弧形板8均为圆弧形，而且两者之间有金属棒5，金属棒5上设有导线，所述的第二弧形板2上开设有平行的多条凹槽21，所述的第二弧形板2上方设置有支架3，所述的金属棒5通过两端的连接杆4悬挂在支架3上，支架3上安装有LED灯6，所述的LED灯6与导线导接。
使用本守恒仪时，由于位于上方的第二弧形板2活动设置在支撑座1上可以随时取下，当取下第二弧形板2后可以通过悬挂的金属棒5演示单摆实验，装上第二弧形板2后就可以做切割磁感线实验。
金属棒5、导线和支架3构建了物体的复摆，当金属棒5往复摆动时，模拟出了闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，金属棒5产生感应电流后LED灯6间隔闪亮，演示了电磁感应现象;可通过改变磁铁块的大小或磁力强弱来改变磁场，达到改变感应电流，通过ED灯6的亮度可以直观察觉。
支架3上设置了与导线连接的电流表7后，可通过指针的左右偏转，将感应电流的大小与金属棒5切割磁力线的速度联系起来。
同时圆形的弧形板和沿圆弧轨迹运动的金属棒5还可帮助学生验证右手安培定则。
而第二弧形板2上的三条凹槽21，放入合适大小的钢球后可做碰撞实验，可用于渐进演示牛顿第一定律，帮助解释机械能守恒定律、碰撞中动量守恒与转化定律。
所述的金属棒5为铅棒，也可设置成其他的导电金属棒，还可在导线上接入外接电源，然后通过改变导电金属棒的长度来演示感应电动势强度与导体长度和速度的关系。
所述的第二弧形板2和第一弧形板8为钢板，也可设置成安装有磁铁块的其他材料。
所述的连接杆4和金属棒5为空心结构，导线从中穿行，所述的金属棒5上安装有轴承，通过销轴与连接杆4活动连接，相较用线或绳子悬挂，金属棒5和连接杆4的刚性连接可防止金属棒5摆偏。
本试验仪的支撑座1可根据需要设置成实心的木台或空心的金属架。
本守恒仪器通过多种组合的一套仪器，可以定性定量研究高中物理的多个实验结论，体现了教具的趣味性与实用性，培养了学生的综合能力，启发了学生的思维。
研究的现实意义
1.一个小球在弧形槽中由高处向低处加速运动，以高度换速度，而由下向上运动时，以速度换高度。激发出学生速度与高度整体守恒猜想，进而研究背后的物理原理。
2.两个相同的小球在糟中一动一静的碰撞，因其交换速度而引发学生好奇，进而探究动量的转化与守恒的思想。
3.金属棒不切割磁感线时，机械能缓慢减少，在两弧形板间加上磁场，机械能迅速减少，而LED灯闪亮，电流表偏转，体现了机械能转化为电能的守恒思维。
4.给金属棒通电后，金属棒偏转，高度增加，表现出电能转化为机械能。通过本仪器的实验，可使学生建立转化与守恒的思想。加深了中学物理中学生对能量守恒的理解。
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