浙江省溫州市龍灣區(qū)教師發(fā)展中心(325011) 孔興隆浙江省溫州市龍灣區(qū)永強(qiáng)中學(xué)(325024) 王建浩

人教版高中物理《交變電流》中的“做一做”演示實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示)存在一些弊端:①裝置體積過小,教學(xué)演示時(shí)后排學(xué)生觀察不到裝置結(jié)構(gòu),線圈形狀與教學(xué)中的線圈圖示也不匹配;②觀察不到感應(yīng)電流大小的連續(xù)變化;③未能演示正弦式交變電流的圖像。針對該實(shí)驗(yàn)裝置存在的不足,筆者對交變電流產(chǎn)生原理的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn),觀察效果較好。

圖1 演示實(shí)驗(yàn)裝置

1 器材選擇

長約32 cm直徑為10 mm的不銹鋼空心管1根,150 mm×100 mm鐵氧體普通磁鐵4塊,10 mm厚及3 mm厚的透明有機(jī)板若干,長50 cm直徑為6 mm實(shí)心不銹鋼管1根,直徑為0.45 mm的漆包線若干,直徑為30 mm的銅片軸承2個(gè),直徑為4 mm的螺帽及配套螺絲若干,演示用電流表1只,導(dǎo)線若干。

2 實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)造與制作

實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)造圖如圖2所示,包括手搖發(fā)電機(jī)和交流電展示架。其中手搖發(fā)電機(jī)包括基板和磁鐵架,磁鐵架對稱設(shè)置于基板。

(1)按照圖2所示結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行底座及支架制作。

(2)進(jìn)行線圈制作,利用直徑為3 mm的透明有機(jī)線圈尺寸進(jìn)行切割,用氯仿將材料焊接后放好不銹鋼轉(zhuǎn)軸,取直徑為0.45 mm的漆包線繞制1 000圈左右,裁取250 mm×3 mm×3 mm透明有機(jī)板2塊,按照圖3所示示意圖進(jìn)行打孔和安裝發(fā)光二級管,接上拔動(dòng)開關(guān),再接上線圈漆包線接頭,另將外接線從轉(zhuǎn)軸的另一端穿出。

圖3 線圈上下外裝發(fā)光二級管示意圖

(3)取350 mm×450 mm×3 mm透明有機(jī)板,按照圖4所示示意圖鉆孔安裝發(fā)光二級管,并接好電路,作為外裝發(fā)光電路輸出。

圖4 外顯示發(fā)光二級管示意圖

(4)取150 mm×100 mm鐵氧體普通磁鐵2塊,300 mm×100 mm 1塊木板,按磁鐵極性,安裝在木板上,另裁2段長50 cm直徑6 mm的實(shí)心不銹鋼管和2 mm×2 mm不銹鋼角鐵,進(jìn)行折角按320 mm×105 mm長方形用風(fēng)焊焊接后,安裝長250 cm直徑為6 mm的實(shí)心不銹鋼管,安放2塊150 mm×100 mm鐵氧體普通磁鐵,為線圈上方磁鐵支架。

(5)按裝置結(jié)構(gòu)圖(如圖5所示)將導(dǎo)電圈安裝在轉(zhuǎn)軸上,安裝好電刷、接線柱,及轉(zhuǎn)動(dòng)裝置支架和轉(zhuǎn)輪,進(jìn)行總裝與調(diào)試。裝置實(shí)物圖如圖6所示。

圖5 交變電流發(fā)電機(jī)原理演示裝置結(jié)構(gòu)圖

圖6 交變電流發(fā)電機(jī)原理演示裝置實(shí)物圖

3 實(shí)驗(yàn)裝置的演示使用

本實(shí)驗(yàn)裝置用于中學(xué)物理教學(xué)時(shí)演示簡單的交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造及交流電產(chǎn)生原理。

3.1 演示發(fā)光二極管的發(fā)光

先觀察線圈邊緣的二極管交替發(fā)光情況,再觀察外電路發(fā)光二級管交替發(fā)光情況。觀察到線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中二級管交替發(fā)光,說明本實(shí)驗(yàn)裝置能產(chǎn)生電流,且電流方向在發(fā)生變化。

3.2 演示用電流計(jì)左右偏轉(zhuǎn)情況

(1)觀察到線圈轉(zhuǎn)動(dòng)1周,電流計(jì)左右偏轉(zhuǎn)各1次,說明電流方向發(fā)生了變化。

(2)觀察不同位置線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流計(jì)偏轉(zhuǎn)大小。①中性面位置時(shí)電流計(jì)幾乎不偏移,電流很小;②線圈平向于所轉(zhuǎn)方向平衡位置,電流計(jì)偏轉(zhuǎn)最大,電流最大;③中性面與平行位置之間,電流計(jì)有偏轉(zhuǎn),其偏轉(zhuǎn)幅度在0到最大值之間的位置。

(3)用電壓傳感器及數(shù)字采集器演示交流電的電壓圖像,如圖7所示。

圖7 電壓圖像

4 實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)

通過設(shè)置交流電展示架,演示者在手搖發(fā)電機(jī)進(jìn)行手搖驅(qū)動(dòng)時(shí),手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦波型的交流電,同時(shí)該交流電將交流電展示架上的第1個(gè)LED燈珠點(diǎn)亮,由于第1個(gè)LED燈珠的正弦波型布置,因此其點(diǎn)亮后,可以直接給學(xué)生展示交流電的波形,實(shí)驗(yàn)效果觀察直觀,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高。本實(shí)驗(yàn)裝置還有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):①結(jié)構(gòu)簡單,部件可拆可組裝,易于操作,性能穩(wěn)定,實(shí)用性強(qiáng);②教具設(shè)計(jì)新穎,構(gòu)思巧妙,在信息技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)整合方面有所創(chuàng)新;③教具所示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容符合科學(xué)原理,有利于科學(xué)學(xué)習(xí),有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。