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

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(gè)實(shí)驗(yàn)為原型[1]，對(duì)之作了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。通過用音頻導(dǎo)線分別連接兩個(gè)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(shí)變化呈現(xiàn)出來。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(shí)也能引發(fā)學(xué)生對(duì)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(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2019）11-0078-3

1 ? ?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的背景和原理

1.1 ? ?背景介紹

對(duì)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(gè)探究實(shí)驗(yàn)（圖1）。針對(duì)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(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，學(xué)生能觀察到小燈泡會(huì)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(jì)，對(duì)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(gè)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(gè)線圈，該線圈產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)使得附近的另一個(gè)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(dòng)地播放出來（圖2）。

（2）將微電流傳感器接入第二個(gè)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(gè)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(shí)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(jiǎn)單且易操作。教師在演示本實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)一時(shí)，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(duì)應(yīng)的播放器與擴(kuò)音器設(shè)備;在第二個(gè)環(huán)節(jié)演示時(shí)，只需要將第二個(gè)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(dòng)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(chǎng)，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(shí)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(shí)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)?？梢哉f一個(gè)實(shí)驗(yàn)豐富了多個(gè)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(jiǎn)介

本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置組裝起來較簡(jiǎn)單，容易操作。主要部件有：線圈兩個(gè)，音頻線兩根，導(dǎo)線四根，閉合鐵芯一臺(tái)，播放器一個(gè)，擴(kuò)音器一個(gè)，微電流傳感器、電壓傳感器、DISLab數(shù)據(jù)采集器各一個(gè)，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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)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(jì)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(gè)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)）