李淑淑 高倩

摘 ? 要：筆者以人教版“選修3-2”第五章第四節(jié)《變壓器》的一個實驗為原型[1]，對之作了進一步的設計和改進。通過用音頻導線分別連接兩個線圈，將磁通量變化所引起的感應電流通過擴音器以聲音的形式播放出來;再結(jié)合微電流與電壓傳感器以圖表數(shù)據(jù)的形式將產(chǎn)生感應電流的實時變化呈現(xiàn)出來。實驗的設計以提高學生的科學素養(yǎng)為出發(fā)點，注重科學方法的滲透和實驗探究，并結(jié)合教學環(huán)節(jié)深刻剖析了感應電流的產(chǎn)生過程，可以激發(fā)學生的好奇心和探索欲，同時也能引發(fā)學生對電磁感應本質(zhì)的進一步思考。

關鍵詞：電磁感應;磁通量;感應電流;輸出電壓

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2019）11-0078-3

1 ? ?實驗設計的背景和原理

1.1 ? ?背景介紹

對本實驗的思考和改進起源于課本“選修3-2”第五章第四節(jié)《變壓器》的一個探究實驗（圖1）。針對該實驗，筆者進行了深入思考，認為該實驗有以下不足的地方：

（1）該實驗雖然裝置簡潔，操作簡單，學生能觀察到小燈泡會亮，但是實驗現(xiàn)象較為單一，難以引起學生的深入思考。

（2）該實驗只是從現(xiàn)象上以燈泡亮起作為實驗結(jié)果展示，并不能將其中的本質(zhì)聯(lián)系形象地展示出來。

（3）該實驗只是表象的呈現(xiàn)，沒有直觀的數(shù)據(jù)做支撐，給學生的印象易流于形式，不夠深刻。

1.2 ? ?實驗的改進方法與原理

筆者經(jīng)過深入思考與精心設計，對本實驗作了如下改進：

（1）利用電磁感應原理，將音頻線與普通的導線結(jié)合，再分別跟兩個線圈相連接;將播放器中的音樂轉(zhuǎn)化成變化的微電流輸入其中一個線圈，該線圈產(chǎn)生的變化的磁場使得附近的另一個線圈上產(chǎn)生同頻率變化的感應電流;該電流再經(jīng)過音頻導線進入擴音器，經(jīng)擴音器還原放大之后以聲音的形式直觀、生動地播放出來（圖2）。

（2）將微電流傳感器接入第二個線圈，替換下擴音器，在電腦上打開DISLab數(shù)字實驗通用軟件。則第二個線圈上產(chǎn)生的感應電流的變化情況將通過微電流傳感器與電壓傳感器在電腦上以數(shù)據(jù)圖表的形式直接實時同步展示出來（如圖3、圖4）。

1.3 ? ?實驗的創(chuàng)新之處

本改進實驗的創(chuàng)新之處有以下幾點：

（1）實驗現(xiàn)象明顯，趣味性較強，組裝簡單且易操作。教師在演示本實驗環(huán)節(jié)一時，只需要將線圈與音頻導線接起來，再將音頻線插頭插入對應的播放器與擴音器設備;在第二個環(huán)節(jié)演示時，只需要將第二個線圈接入傳感器上，打開電腦DISLab數(shù)字通用軟件即可。

（2）本實驗將電磁感應產(chǎn)生的感應電流以音樂的形式生動呈現(xiàn)出來，現(xiàn)象明顯，趣味性強，很容易抓住學生的好奇心，激發(fā)學生的探索興趣。

（3）注重科學思維和科學探究。從聲音轉(zhuǎn)化來的變化的微電流到變化的磁場，再到磁通量的變化引起的感應電流的產(chǎn)生，邏輯嚴密，可操作性強。實驗的實時數(shù)據(jù)通過電腦軟件直觀地呈現(xiàn)出來，可以使學生更加清晰、直觀地認識到感應電流的產(chǎn)生與變化，在數(shù)據(jù)支撐之下，論據(jù)變得更加充分，給學生的印象也將更加深刻。

（4）該實驗裝置可以應用在“探究感應電流的產(chǎn)生”“變壓器”及“互感和自感”等部分的教學環(huán)節(jié)?？梢哉f一個實驗豐富了多個教學過程。

2 ? ?實驗的詳細情況及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)

2.1 ? ?實驗裝置簡介

本改進實驗裝置組裝起來較簡單，容易操作。主要部件有：線圈兩個，音頻線兩根，導線四根，閉合鐵芯一臺，播放器一個，擴音器一個，微電流傳感器、電壓傳感器、DISLab數(shù)據(jù)采集器各一個，數(shù)據(jù)線三根，電腦及DISLab通用數(shù)字軟件（如圖5）。

2.2 ? ?實驗步驟

（1）將線圈1（綠色）與其中一根導線連接起來，導線接入0和4接口。

（2）將線圈2（紅色）與另一根導線連接起來，導線接入0和16接口，將音頻插頭插入擴音器話筒插孔。

（3）將手機播放器的音樂打開，進行音樂播放。再將與線圈1連接的音頻線插頭插入手機的耳機插孔中。

（4）將播放器開關打開。

（5）將與播放器連接的音頻導線插頭拔下，給線圈二（紅色）原接口位置同時接入微電流傳感器和電壓傳感器。

（6）打開電腦中的DISLab數(shù)字通用軟件，在頁面菜單中選擇“數(shù)字”或“示波”按鈕，進行實時數(shù)據(jù)的展示。

2.3 ? ?實驗數(shù)據(jù)展示

3 ? ?結(jié) ?語

本實驗改進后，無論從實驗現(xiàn)象、實驗效果，還是實驗數(shù)據(jù)方面，都充分地顯示了電磁感應現(xiàn)象中感應電流的產(chǎn)生和變化情況，使學生能夠直觀而清晰地認識電磁感應現(xiàn)象，了解感應電流、電壓的產(chǎn)生特點，對本部分教學環(huán)節(jié)有著非常大的輔助作用。本實驗的設計以提高學生的科學素養(yǎng)為出發(fā)點，注重科學方法的滲透和實驗探究環(huán)節(jié)，結(jié)合教學環(huán)節(jié)深刻剖析了感應電流的產(chǎn)生過程及電磁感應的本質(zhì)，為變壓器原理的理解做了有效的鋪墊。

該實驗在“電磁感應”和“交變電流”兩個章節(jié)的學習中多次被用到，取得了很好的效果，學生學習興趣高漲，探究熱情空前，極大地引發(fā)了學生的求知欲和探索熱情。

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理（選修3-2）[M]. 北京：人民教育出版社，2010：41.

（欄目編輯 ? ?李富強）