童亦雯

[摘 要]本文從交流發(fā)電機(jī)工作原理的實(shí)驗(yàn)電路得出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)，詳細(xì)地給出了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到數(shù)學(xué)理論表達(dá)式的轉(zhuǎn)換過程，為求知者在實(shí)際知識(shí)與理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中，既會(huì)區(qū)分又會(huì)聯(lián)系二者，提供了新的啟發(fā)和借鑒。

[關(guān)鍵詞]感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； 磁通； 參考極性； 坐標(biāo)軸； 正弦函數(shù)

中圖分類號(hào)：F417.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）29-0244-01

一、 引言

在科學(xué)研究中，經(jīng)常要做實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證某結(jié)論或某猜想。實(shí)踐到理論，理論發(fā)展后，再回到實(shí)踐以指導(dǎo)實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)結(jié)果出來后，要上升到理論層面表達(dá)出來，形成結(jié)論，為后面的理論打下基礎(chǔ)。因此物理現(xiàn)象得出的實(shí)際結(jié)論，需要用數(shù)學(xué)語言表示出來，數(shù)學(xué)語言就是數(shù)學(xué)理論表達(dá)式。從實(shí)際結(jié)論到實(shí)際結(jié)論的數(shù)學(xué)理論表達(dá)式，需要一個(gè)轉(zhuǎn)換過程。高中同學(xué)在物理課程電學(xué)的學(xué)習(xí)中，由于不能清晰地區(qū)分實(shí)際結(jié)論與實(shí)際結(jié)論的數(shù)學(xué)理論表達(dá)式，也沒有思考到二者的轉(zhuǎn)換過程或二者的聯(lián)系，使得實(shí)際知識(shí)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)理解過程變得混淆復(fù)雜困難。為解決這一問題，本文通過交流發(fā)電機(jī)工作原理的實(shí)驗(yàn)電路所得出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，來說明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)理論表達(dá)式，為學(xué)習(xí)和探索如何區(qū)分聯(lián)系實(shí)際知識(shí)理論知識(shí)的提供了參考。

二、交流發(fā)電機(jī)工作原理的實(shí)驗(yàn)電路及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

在圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)線圈時(shí)，線圈內(nèi)的磁通量會(huì)發(fā)生改變，由此在線圈的兩端既電刷AB端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電刷AB端連接的是指針式電動(dòng)勢(shì)表。在線圈不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)指針式電動(dòng)勢(shì)表的指針偏轉(zhuǎn)方向和指針指示值，隨時(shí)間不斷地變化，如圖1所示。這說明電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際值和電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際極性，隨時(shí)間不斷地變化?，F(xiàn)在，要把電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際值和電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際極性隨時(shí)間不斷地變化的這一現(xiàn)象，轉(zhuǎn)換到數(shù)學(xué)理論表達(dá)式。

三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論表達(dá)式的建立

我們來到數(shù)學(xué)理論領(lǐng)域里。首先，人為地引入三項(xiàng)，人為地引入的第一項(xiàng)是電動(dòng)勢(shì)的參考極性。電動(dòng)勢(shì)的參考極性，定義為任意設(shè)定的極性。這里任意是數(shù)學(xué)理論要求的。人為地引入的第二項(xiàng)是把電動(dòng)勢(shì)值賦予正負(fù)號(hào)，而實(shí)際的電動(dòng)勢(shì)值是沒有正負(fù)號(hào)的，永遠(yuǎn)是正值。人為地引入的第三項(xiàng)是坐標(biāo)軸。

下面將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)學(xué)理論表達(dá)聯(lián)系起來。對(duì)AB端電動(dòng)勢(shì)，分別測(cè)量出其實(shí)際極性、設(shè)定好其參考極性后，如果見到的是電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際極性與電動(dòng)勢(shì)的參考極性相反，則讓電動(dòng)勢(shì)值前取負(fù)號(hào)。當(dāng)電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際極性與電動(dòng)勢(shì)的參考極性相同時(shí)，則讓電動(dòng)勢(shì)值前取正號(hào)。

這樣，就用參考極性和電動(dòng)勢(shì)值賦予正負(fù)號(hào)兩者結(jié)合起來，共同地來表示電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際極性和電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際值。也就是若先設(shè)AB端電動(dòng)勢(shì)的參考極性，是A端為正、B端為負(fù)后，當(dāng)測(cè)出AB端電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際極性也是A端為正、B端為負(fù)，即與AB端電動(dòng)勢(shì)的參考極性相同時(shí)，AB端電動(dòng)勢(shì)值取正，否則取負(fù)。

然后，人為地建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，橫軸物理量是時(shí)間，單位為秒，縱軸物理量是電動(dòng)勢(shì)，單位為伏特。由于電動(dòng)勢(shì)的參考極性的引入，AB端電動(dòng)勢(shì)值就是具有正負(fù)號(hào)的電動(dòng)勢(shì)值了。這樣，在上述的直角坐標(biāo)系中作圖，就得到如圖2所示的曲線。

這樣就把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，既電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際值和實(shí)際極性隨時(shí)間不斷地變化的這一現(xiàn)象，用數(shù)學(xué)理論（曲線）表達(dá)出來了，而曲線對(duì)應(yīng)函數(shù)式，此函數(shù)式就是正弦函數(shù)式，因此，電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際值和實(shí)際極性隨時(shí)間不斷地變化的這一現(xiàn)，就轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)理論表達(dá)式了。因此在理論上講，交流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的函數(shù)。

四、結(jié)論

高中同學(xué)在物理課程電學(xué)部分的學(xué)習(xí)過程中，經(jīng)常感到困難，其根本原因就在于，沒有清晰時(shí)區(qū)分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)果及其在數(shù)學(xué)理論上的表達(dá)，更沒有詳細(xì)地思考兩者的聯(lián)系過程。高中同學(xué)通過本文所舉二例的學(xué)習(xí)，不僅學(xué)會(huì)清晰地區(qū)分實(shí)踐知識(shí)和理論知識(shí)，知道實(shí)踐知識(shí)和理論知識(shí)的詳細(xì)聯(lián)系過程，而且學(xué)到了從實(shí)踐知識(shí)轉(zhuǎn)換到理論知識(shí)，是如何搭起一座聯(lián)系的橋。

參考文獻(xiàn)

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