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        電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新設(shè)計

        2019-12-24 08:57:51李淑淑高倩
        物理教學(xué)探討 2019年11期
        關(guān)鍵詞:磁通量感應(yīng)電流電磁感應(yīng)

        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(shí)驗(yàn)為原型[1],對之作了進(jìn)一步的設(shè)計和改進(jìn)。通過用音頻導(dǎo)線分別連接兩個線圈,將磁通量變化所引起的感應(yīng)電流通過擴(kuò)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(yīng)電流的實(shí)時變化呈現(xiàn)出來。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn),注重科學(xué)方法的滲透和實(shí)驗(yàn)探究,并結(jié)合教學(xué)環(huán)節(jié)深刻剖析了感應(yīng)電流的產(chǎn)生過程,可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲,同時也能引發(fā)學(xué)生對電磁感應(yīng)本質(zhì)的進(jìn)一步思考。

        關(guān)鍵詞:電磁感應(yīng);磁通量;感應(yīng)電流;輸出電壓

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

        1 ? ?實(shí)驗(yàn)設(shè)計的背景和原理

        1.1 ? ?背景介紹

        對本實(shí)驗(yàn)的思考和改進(jìn)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(shí)驗(yàn)(圖1)。針對該實(shí)驗(yàn),筆者進(jìn)行了深入思考,認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)有以下不足的地方:

        (1)該實(shí)驗(yàn)雖然裝置簡潔,操作簡單,學(xué)生能觀察到小燈泡會亮,但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為單一,難以引起學(xué)生的深入思考。

        (2)該實(shí)驗(yàn)只是從現(xiàn)象上以燈泡亮起作為實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)只是表象的呈現(xiàn),沒有直觀的數(shù)據(jù)做支撐,給學(xué)生的印象易流于形式,不夠深刻。

        1.2 ? ?實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法與原理

        筆者經(jīng)過深入思考與精心設(shè)計,對本實(shí)驗(yàn)作了如下改進(jìn):

        (1)利用電磁感應(yīng)原理,將音頻線與普通的導(dǎo)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(yīng)電流;該電流再經(jīng)過音頻導(dǎo)線進(jìn)入擴(kuò)音器,經(jīng)擴(kuò)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(kuò)音器,在電腦上打開DISLab數(shù)字實(shí)驗(yàn)通用軟件。則第二個線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)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(shí)時同步展示出來(如圖3、圖4)。

        1.3 ? ?實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處

        本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處有以下幾點(diǎn):

        (1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,趣味性較強(qiáng),組裝簡單且易操作。教師在演示本實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)一時,只需要將線圈與音頻導(dǎo)線接起來,再將音頻線插頭插入對應(yīng)的播放器與擴(kuò)音器設(shè)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(shí)驗(yàn)將電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流以音樂的形式生動呈現(xiàn)出來,現(xiàn)象明顯,趣味性強(qiáng),很容易抓住學(xué)生的好奇心,激發(fā)學(xué)生的探索興趣。

        (3)注重科學(xué)思維和科學(xué)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(yīng)電流的產(chǎn)生,邏輯嚴(yán)密,可操作性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)的實(shí)時數(shù)據(jù)通過電腦軟件直觀地呈現(xiàn)出來,可以使學(xué)生更加清晰、直觀地認(rèn)識到感應(yīng)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(xué)生的印象也將更加深刻。

        (4)該實(shí)驗(yàn)裝置可以應(yīng)用在“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生”“變壓器”及“互感和自感”等部分的教學(xué)環(huán)節(jié)。可以說一個實(shí)驗(yàn)豐富了多個教學(xué)過程。

        2 ? ?實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)情況及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)

        2.1 ? ?實(shí)驗(yàn)裝置簡介

        本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(dǎo)線四根,閉合鐵芯一臺,播放器一個,擴(kuò)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(shí)驗(yàn)步驟

        (1)將線圈1(綠色)與其中一根導(dǎo)線連接起來,導(dǎo)線接入0和4接口。

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

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

        (4)將播放器開關(guān)打開。

        (5)將與播放器連接的音頻導(dǎo)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(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)的展示。

        2.3 ? ?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展示

        3 ? ?結(jié) ?語

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

        該實(shí)驗(yàn)在“電磁感應(yīng)”和“交變電流”兩個章節(jié)的學(xué)習(xí)中多次被用到,取得了很好的效果,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高漲,探究熱情空前,極大地引發(fā)了學(xué)生的求知欲和探索熱情。

        參考文獻(xiàn):

        [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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)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(qiáng))

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