◇ 江蘇 武銀根

2個(gè)實(shí)用的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)介紹

◇ 江蘇 武銀根

萊博士(Labox)物理實(shí)驗(yàn)箱是一個(gè)非常實(shí)用的學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)備,實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)比較全面,基本覆蓋了中學(xué)物理教學(xué)的所有實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)箱中實(shí)驗(yàn)儀器制作科學(xué)、小巧精致,非常適合課堂學(xué)生探究實(shí)驗(yàn),同時(shí)其中一部分實(shí)驗(yàn)也可以作為演示實(shí)驗(yàn)使用.高中物理電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)箱中有9個(gè)實(shí)驗(yàn),分別是:實(shí)驗(yàn)1.法拉第電磁感應(yīng)定律;實(shí)驗(yàn)2.探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件;實(shí)驗(yàn)3.楞次定律;實(shí)驗(yàn)4.電磁阻尼——磁環(huán)的下落;實(shí)驗(yàn)5.阻尼擺;實(shí)驗(yàn)6.電磁驅(qū)動(dòng)——鋁桶;實(shí)驗(yàn)7.電磁繼電器;實(shí)驗(yàn)8.手搖發(fā)電機(jī);實(shí)驗(yàn)9.探究變壓器線圈兩端電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系.

實(shí)驗(yàn)1、2、3、6、7、8、9與實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)基本一致,實(shí)驗(yàn)箱的特點(diǎn)就是使實(shí)驗(yàn)小型化和集成化,這種實(shí)驗(yàn)適合學(xué)生作為課堂分組探究實(shí)驗(yàn)或作為學(xué)生課后興趣實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)物理規(guī)律的掌握.

實(shí)驗(yàn)箱中的實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)5是比較新穎的小實(shí)驗(yàn).2個(gè)實(shí)驗(yàn)都是演示磁阻尼現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、效果顯著,值得推廣,這里簡(jiǎn)要介紹一下.

實(shí)驗(yàn)4:電磁阻尼——磁環(huán)的下落

本實(shí)驗(yàn)是通過比較磁環(huán)在塑料管和金屬管(銅管和鋁管)上下落的快慢來演示磁阻尼現(xiàn)象(如圖1所示).

圖1

實(shí)驗(yàn)操作很簡(jiǎn)單,使磁環(huán)從管的最上端釋放,比較落到底端時(shí)間,從而確定金屬對(duì)磁環(huán)的阻尼作用.

本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,尤其是比較塑料管和銅管(或鋁管)時(shí),磁環(huán)在塑料管上下落比磁環(huán)在金屬管上快得多,說明金屬是導(dǎo)體,磁環(huán)下落過程產(chǎn)生了感應(yīng)電流,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁環(huán)產(chǎn)生了向上的阻力作用,導(dǎo)致下落變慢.實(shí)驗(yàn)在比較磁環(huán)在鋁管和銅管上下落情況,現(xiàn)象不是很明顯.實(shí)際上,這個(gè)實(shí)驗(yàn)只要比較一下磁環(huán)在導(dǎo)體管和非導(dǎo)體管上下落的快慢就可以說明磁阻尼的存在了.

該實(shí)驗(yàn)也可以用片狀磁鐵(扁平狀的磁鐵或磁環(huán))在傾斜的金屬表面和同樣光滑的非金屬表面(如玻璃表面)上下滑來說明磁阻尼的存在(如圖2所示).實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)4相同,但這個(gè)實(shí)驗(yàn)更容易激發(fā)學(xué)生的興趣,因?yàn)閳A柱的管學(xué)生更容易理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生以及磁場(chǎng)力的作用,而學(xué)生對(duì)板狀物體電流的產(chǎn)生卻不甚了解.這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以拓寬學(xué)生視野,使學(xué)生對(duì)電流的理解更加深刻.實(shí)驗(yàn)還可以改造成磁環(huán)和相同大小的硬幣在金屬板上下滑,這樣更加直接,可以看到磁環(huán)的下滑不僅有摩擦阻力的影響,還增加了一種阻力,這就是電磁阻尼作用.

圖2

實(shí)驗(yàn)5:阻尼擺

本實(shí)驗(yàn)是比較2個(gè)形狀不同的金屬擺在磁場(chǎng)中受到的電磁阻力情況(如圖3所示).

圖3

2個(gè)擺在磁場(chǎng)中擺動(dòng)時(shí),有缺口的擺不容易停下,而沒有缺口的擺很快停止擺動(dòng),說明無缺口的擺受到的電磁阻力小.

實(shí)驗(yàn)可以通過猜測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,這樣學(xué)生會(huì)知道電流的大小與形狀有關(guān),沒有缺口的擺擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流更大,形成的電磁力大,而同樣材料有缺口的擺擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流小,產(chǎn)生的阻力也就小.實(shí)驗(yàn)說明2個(gè)問題:1)金屬在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電磁阻尼;2)2種導(dǎo)體由于形狀不同導(dǎo)致電阻不同.

這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要注意的是,機(jī)械阻力情況要相同,否則學(xué)生會(huì)認(rèn)為無缺口的先停下是因?yàn)闄C(jī)械阻力大.為了說明這一點(diǎn),實(shí)驗(yàn)可以把支架倒置,讓2種擺都不在磁鐵間擺動(dòng),這時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)二者擺動(dòng)情況幾乎完全相同,這說明后面的阻力主要來自電磁阻力,這個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟完成后再比較二者在磁鐵間的擺動(dòng)實(shí)驗(yàn),效果不言而喻.

萊博士電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)箱把很多教師演示的實(shí)驗(yàn)變成了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn),真正體現(xiàn)了課堂以學(xué)生為主體的教育理念,讓學(xué)生在做中學(xué),激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提升了課堂教學(xué)效果.

(作者單位:江蘇省揚(yáng)州中學(xué))