◇ 江蘇 武銀根

2個實用的電磁感應實驗介紹

◇ 江蘇 武銀根

萊博士(Labox)物理實驗箱是一個非常實用的學生實驗設備,實驗箱實驗比較全面,基本覆蓋了中學物理教學的所有實驗,實驗箱中實驗儀器制作科學、小巧精致,非常適合課堂學生探究實驗,同時其中一部分實驗也可以作為演示實驗使用.高中物理電磁感應實驗箱中有9個實驗,分別是:實驗1.法拉第電磁感應定律;實驗2.探究電磁感應的產(chǎn)生條件;實驗3.楞次定律;實驗4.電磁阻尼——磁環(huán)的下落;實驗5.阻尼擺;實驗6.電磁驅(qū)動——鋁桶;實驗7.電磁繼電器;實驗8.手搖發(fā)電機;實驗9.探究變壓器線圈兩端電壓與線圈匝數(shù)的關系.

實驗1、2、3、6、7、8、9與實驗室的實驗基本一致,實驗箱的特點就是使實驗小型化和集成化,這種實驗適合學生作為課堂分組探究實驗或作為學生課后興趣實驗,實驗有利于培養(yǎng)學生的學習興趣和對物理規(guī)律的掌握.

實驗箱中的實驗4和實驗5是比較新穎的小實驗.2個實驗都是演示磁阻尼現(xiàn)象,實驗現(xiàn)象明顯、效果顯著,值得推廣,這里簡要介紹一下.

實驗4:電磁阻尼——磁環(huán)的下落

本實驗是通過比較磁環(huán)在塑料管和金屬管(銅管和鋁管)上下落的快慢來演示磁阻尼現(xiàn)象(如圖1所示).

圖1

實驗操作很簡單,使磁環(huán)從管的最上端釋放,比較落到底端時間,從而確定金屬對磁環(huán)的阻尼作用.

本實驗現(xiàn)象明顯,尤其是比較塑料管和銅管(或鋁管)時,磁環(huán)在塑料管上下落比磁環(huán)在金屬管上快得多,說明金屬是導體,磁環(huán)下落過程產(chǎn)生了感應電流,感應電流產(chǎn)生的磁場對磁環(huán)產(chǎn)生了向上的阻力作用,導致下落變慢.實驗在比較磁環(huán)在鋁管和銅管上下落情況,現(xiàn)象不是很明顯.實際上,這個實驗只要比較一下磁環(huán)在導體管和非導體管上下落的快慢就可以說明磁阻尼的存在了.

該實驗也可以用片狀磁鐵(扁平狀的磁鐵或磁環(huán))在傾斜的金屬表面和同樣光滑的非金屬表面(如玻璃表面)上下滑來說明磁阻尼的存在(如圖2所示).實驗操作與實驗4相同,但這個實驗更容易激發(fā)學生的興趣,因為圓柱的管學生更容易理解感應電流的產(chǎn)生以及磁場力的作用,而學生對板狀物體電流的產(chǎn)生卻不甚了解.這個實驗可以拓寬學生視野,使學生對電流的理解更加深刻.實驗還可以改造成磁環(huán)和相同大小的硬幣在金屬板上下滑,這樣更加直接,可以看到磁環(huán)的下滑不僅有摩擦阻力的影響,還增加了一種阻力,這就是電磁阻尼作用.

圖2

實驗5:阻尼擺

本實驗是比較2個形狀不同的金屬擺在磁場中受到的電磁阻力情況(如圖3所示).

圖3

2個擺在磁場中擺動時,有缺口的擺不容易停下,而沒有缺口的擺很快停止擺動,說明無缺口的擺受到的電磁阻力小.

實驗可以通過猜測結(jié)果進行驗證,這樣學生會知道電流的大小與形狀有關,沒有缺口的擺擺動時產(chǎn)生的電流更大,形成的電磁力大,而同樣材料有缺口的擺擺動時產(chǎn)生的電流小,產(chǎn)生的阻力也就小.實驗說明2個問題:1)金屬在磁場中運動會產(chǎn)生電磁阻尼;2)2種導體由于形狀不同導致電阻不同.

這個實驗需要注意的是,機械阻力情況要相同,否則學生會認為無缺口的先停下是因為機械阻力大.為了說明這一點,實驗可以把支架倒置,讓2種擺都不在磁鐵間擺動,這時我們會發(fā)現(xiàn)二者擺動情況幾乎完全相同,這說明后面的阻力主要來自電磁阻力,這個實驗步驟完成后再比較二者在磁鐵間的擺動實驗,效果不言而喻.

萊博士電磁感應實驗箱把很多教師演示的實驗變成了學生探究實驗,真正體現(xiàn)了課堂以學生為主體的教育理念,讓學生在做中學,激發(fā)了學生的學習興趣,提升了課堂教學效果.

(作者單位:江蘇省揚州中學)