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大學(xué)物理實(shí)驗的論文

時(shí)間:2024-07-27 07:20:12 物理畢業(yè)論文 我要投稿

大學(xué)物理實(shí)驗的論文

  一、研究性教學(xué)應用在大學(xué)物理實(shí)驗中的可行性

大學(xué)物理實(shí)驗的論文

  之所以將大學(xué)物理實(shí)驗課程作為理工科學(xué)生在大學(xué)期間接觸到的首門(mén)實(shí)踐性課程,就是希望以實(shí)驗的形式加深學(xué)生對于物理學(xué)的理解,以培養學(xué)生具備進(jìn)行實(shí)驗物理學(xué)研究的能力和科學(xué)素質(zhì)。多年的實(shí)踐成果表明,大學(xué)物理實(shí)驗的研究性教學(xué)具有較強的可操作性。

  1.大學(xué)生普遍接受過(guò)良好的基礎教育,已經(jīng)掌握了較為系統和完備的基礎知識。他們往往思維活躍,善于創(chuàng )新,對于新鮮事物抱有強烈的好奇心,是開(kāi)展研究教學(xué)的不二人選。

  2.研究性教學(xué)兼顧實(shí)踐性與前瞻性,與高校的課程設置有著(zhù)較高的契合度。同時(shí),高校內的各種教學(xué)設施為探究教學(xué)提供了良好的硬件基礎,圖書(shū)館和校園網(wǎng)絡(luò )等設備也為探究學(xué)習的實(shí)現提供了豐富的信息資源保障。

  3.高校以“雙師型”教師居多,具備開(kāi)展研究教學(xué)所必需的人才儲備。這些高校教師通常同時(shí)肩負著(zhù)教學(xué)任務(wù)和科研任務(wù),承擔著(zhù)各類(lèi)課題,有著(zhù)豐富的科學(xué)研究理論和實(shí)踐經(jīng)驗。因此,在親自向學(xué)生傳授研究方法的同時(shí),也有利于他們積累自身的探究教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗[3]。

  二、霍爾實(shí)驗中的研究性教學(xué)

  霍爾效應一直以來(lái)都是大學(xué)物理的傳統實(shí)驗課程,它得名于1879年在金屬中發(fā)現電壓的美國物理學(xué)家霍爾。以下將以霍爾效應為例,對研究性教學(xué)在大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中的具體應用進(jìn)行探究。

  1.實(shí)驗中對霍爾元件的電路改進(jìn)和保護。早前的霍爾元件由金屬制成,由于霍爾電壓過(guò)低而不具有使用價(jià)值。直到半導體技術(shù)的突飛猛進(jìn),才使霍爾元件在電池測量和自動(dòng)控制等裝置中得到了廣泛應用;魻栐w積較小,其整體結構為一般為1.50mm×1.74mm。較為頻繁的使用次數和脆弱的自身構造,使霍爾元件極易損壞,因此,對霍爾元件的保護就顯得極為重要,這也是為傳統教學(xué)所忽略的。電路上的設計改進(jìn)將會(huì )大大提升霍爾元件的耐用程度。其具體操作如下:選取霍爾元件工作電流輸入端中的一端,添加兩根帶金屬夾的導線(xiàn),使兩個(gè)金屬夾分別夾住保險絲的兩腿。其中,保險絲采用直徑為0.32mm、額定電流為1.1A的常用電流保險絲即可。然后在霍爾元件的電壓輸出端也實(shí)施同樣的步驟,這樣就能有效地保護霍爾元件。當激勵電流誤接入霍爾元件時(shí),保險絲會(huì )燒斷,霍爾元件就得以保存。經(jīng)過(guò)本人對該霍爾效應實(shí)驗的改進(jìn)和反復驗證,當0.1A的勵磁電流接入到該裝置時(shí),保險絲會(huì )立即燒毀,從而確保了霍爾元件的完好無(wú)損,說(shuō)明該設計是具有一定可行性的。其實(shí)驗原理圖如圖1所示。實(shí)驗結果證明,該設計確實(shí)起到了保護霍爾元件的作用,從而有效地維護了霍爾效應實(shí)驗器材,對霍爾效應的物理實(shí)驗教學(xué)起到了良好的示范。在進(jìn)一步保證大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)順利進(jìn)行的同時(shí),也激發(fā)了學(xué)生創(chuàng )造的熱情,提高了他們靈活運用所學(xué)知識的能力。

  2.霍爾效應在螺旋管軸線(xiàn)磁場(chǎng)測量中的運用。在研究長(cháng)直螺線(xiàn)管軸線(xiàn)上的磁場(chǎng)分布時(shí),常常需要利用霍爾效應。在工作電流和勵磁電流都得到固定的情況下,通過(guò)變換霍爾片在長(cháng)直螺線(xiàn)管軸線(xiàn)上的位置,逐點(diǎn)獲取霍爾電壓,最后求得磁場(chǎng)大小。而在對這些數值進(jìn)行分析時(shí),為了實(shí)現模擬的數值在不同學(xué)科的實(shí)驗中具有廣泛適用性,需要借助一種多物理場(chǎng)模擬軟件。這時(shí)學(xué)生就可以小組為單位,利用軟件充分發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性,實(shí)現自主探究。這也是新時(shí)代下的科技優(yōu)勢。如圖2顯示的就是理論計算、實(shí)驗測量和數值模擬3種不同方法在進(jìn)行螺線(xiàn)管軸磁場(chǎng)測量實(shí)驗時(shí)得出的分布曲線(xiàn)。圖中可以明顯地看出,實(shí)驗結果與理論計算更加一致。雖然模擬計算偏差較大,但利用它可以更直觀(guān)簡(jiǎn)便地得到整個(gè)磁力線(xiàn)的分布,這正是數值模擬的優(yōu)勢所在。而這幾種方法結果間的差異,也為今后的物理實(shí)驗提出了新的研究課題。

  三、結束語(yǔ)

  在大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)的探索實(shí)踐中,適當地引入研究性教學(xué)對培養學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng )新思維起到極大的促進(jìn)作用。學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中會(huì )以具體問(wèn)題的解決為目標,借助文獻資料對已有知識進(jìn)行總結與歸納,從而加深對知識的理解。在以小組為單位進(jìn)行探究時(shí),同學(xué)間的交流合作能力也得到了加強,學(xué)習的積極性得到了提高。大學(xué)生具有的科研意識和創(chuàng )新精神也有了進(jìn)一步提升。具體而言,隨著(zhù)文中談及霍爾元件的廣泛應用,對霍爾效應的教學(xué)也應該隨之變革。本文即是結合大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)中霍爾效應的內容,對霍爾實(shí)驗的一些方法提出了改進(jìn)。在運用新技術(shù)手段的同時(shí)也發(fā)現了傳統教學(xué)所未注意到的新課題?傊,研究性教學(xué)在提高學(xué)生綜合能力、培養學(xué)生創(chuàng )新精神方面成果顯著(zhù),對大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)的發(fā)展有著(zhù)深遠的意義。

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