朱力強(qiáng) 楊正波

(湖北文理學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053)

電磁感應(yīng)演示儀的設(shè)計(jì)與制作

朱力強(qiáng) 楊正波

(湖北文理學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053)

介紹了一種簡(jiǎn)易電磁感應(yīng)演示儀的設(shè)計(jì)與制作方法,以音樂(lè)的形式演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象,具有現(xiàn)象明顯、直觀性好、趣味性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),既有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又對(duì)幫助學(xué)生理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象非常有益．

電磁感應(yīng);演示儀;設(shè)計(jì)與制作

電磁感應(yīng)揭示了電和磁的聯(lián)系,是中學(xué)物理的重要內(nèi)容之一．由于磁場(chǎng)看不見(jiàn)摸不著,所以內(nèi)容比較抽象,初學(xué)者難以直觀理解．傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案是利用條形永磁體、螺線管、電流計(jì)等組合電路,通過(guò)插拔條形永磁體觀察電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況來(lái)演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象的,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較枯燥．本文介紹一種利用木板、琴弦、磁鐵和音箱制作的簡(jiǎn)易電磁感應(yīng)演示儀,通過(guò)撥動(dòng)琴弦振動(dòng)改變閉合線圈面積,從而改變線圈的磁通量產(chǎn)生感應(yīng)電流,然后經(jīng)音箱內(nèi)置功放后播放出來(lái),以音樂(lè)的形式生動(dòng)形象地演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象．

1 儀器結(jié)構(gòu)及各部件功能

如圖1所示,是電磁感應(yīng)演示儀的實(shí)物圖．本演示儀由底座、琴弦、導(dǎo)線、磁鐵、音箱等組成．底座由長(zhǎng)木板制作而成,正面通過(guò)接線柱固定琴弦和導(dǎo)線,與連接音箱的導(dǎo)線組合成閉合線圈;磁鐵選用長(zhǎng)條形釹鐵硼永磁鐵,提供恒定強(qiáng)磁場(chǎng),使琴弦振動(dòng)時(shí)穿過(guò)閉合線圈的磁通量發(fā)生變化,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流;琴弦選用二胡專用弦線,演示時(shí)用手撥動(dòng)琴弦,使其在平行于底座的平面內(nèi)振動(dòng),導(dǎo)致閉合線圈的面積隨振動(dòng)變化;音階是用竹筷截段固定在底座上,演示時(shí)將琴弦按在不同的音階上,改變琴弦振動(dòng)部分的長(zhǎng)度,從而改變琴弦振動(dòng)頻率．

圖1 電磁感應(yīng)演示儀

2 儀器的設(shè)計(jì)與制作

如圖2所示,是電磁感應(yīng)演示儀的設(shè)計(jì)圖．具體制作過(guò)程如下.

圖2 電磁感應(yīng)演示儀的設(shè)計(jì)圖

2.1 底座的制作

截取長(zhǎng)800 mm寬150 mm的木板作為底座,并在其4個(gè)角鉆孔,以便后續(xù)固定接線柱,然后用彩色包裝紙將底座包裝好使其更美觀．

2.2 琴弦和導(dǎo)線的固定

用接線柱將一根二胡弦線固定在底座上,注意盡量將琴弦繃緊,以免影響演示效果．再將導(dǎo)線固定在底座上,確保和琴弦接觸良好．

2.3 音階的固定

將一次性竹筷子截取30 mm長(zhǎng)的3段,放在琴弦正下方不同的位置,撥動(dòng)琴弦尋找特殊頻率的位置并用螺絲釘固定在底座上．3個(gè)音階位置不同,按住后可振動(dòng)的琴弦長(zhǎng)度就不同,從而產(chǎn)生不同頻率的聲音．

2.4 磁鐵的固定

選用長(zhǎng)條形釹鐵硼強(qiáng)力永磁鐵,放置在底座上不同的位置,撥動(dòng)琴弦確定最佳演示效果的位置,然后在選定位置的底座上固定兩個(gè)螺絲釘,放上磁鐵即可．

2.5 音箱的選取

為了使演示效果更好,建議選擇大功率的音響．將音箱的音頻線插頭插入音響,另一端的兩根導(dǎo)線分別連接到底座的接線柱．演示時(shí)注意調(diào)節(jié)音箱的音量和混響旋鈕,使得產(chǎn)生的音樂(lè)效果最佳．

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及原理

(1) 連接好線路,打開(kāi)音箱電源開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)音量和混響旋鈕．

(2) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示.將磁鐵固定在底座上的兩個(gè)螺絲釘處,撥動(dòng)琴弦,使琴弦和導(dǎo)線組成的閉合回路面積隨琴弦的振動(dòng)而發(fā)生變化,導(dǎo)致通過(guò)閉合回路的磁通量也隨琴弦的振動(dòng)而變化,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流．感應(yīng)電流再經(jīng)音箱功率放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)化成聲音．由于閉合回路面積變化的頻率和琴弦振動(dòng)頻率相同,所以感應(yīng)電流的頻率也和琴弦振動(dòng)頻率相同．演示時(shí),按住不同的音階,就可以產(chǎn)生不同頻率的聲音,從而實(shí)現(xiàn)以音樂(lè)的形式演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象．

(3) 移走磁鐵,撥動(dòng)琴弦,音箱不發(fā)出聲音,說(shuō)明音箱中的聲音不是由于琴弦振動(dòng)產(chǎn)生的,而是由于磁鐵引起的閉合回路磁通量變化產(chǎn)生的．并不斷地放入、移走磁鐵,聆聽(tīng)聲音的變化,揭示感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因．

(4) 實(shí)驗(yàn)完畢,關(guān)閉音箱的電源．

4 小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)撥動(dòng)琴弦改變閉合線圈面積,使磁通量改變,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流,經(jīng)過(guò)音箱功率放大后以音樂(lè)的形式展示出來(lái),更加形象、生動(dòng)、有趣地演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象．儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作容易,現(xiàn)象明顯．

本文系湖北省教育科學(xué)規(guī)劃課題“信息化條件下‘大學(xué)物理’教學(xué)評(píng)方式變革研究(2015GB109)”；湖北文理學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目“MOOC時(shí)代地方高校大學(xué)物理‘翻轉(zhuǎn)課堂’教學(xué)模式的研究與實(shí)踐”(JY2016046)研究成果.

2017-05-12)