摇绳发电的再设计

朱成相

(陈集中学,江苏 阜宁 224411)

普通高中课程标准实验教科书物理选修3-2(人教版)第4章第2节第 7页“探究电磁感应的产生条件”中的“做一做”栏目中有一题为“摇绳能发电吗?”的探究性课后实验,其内容如下(如图1):“把一条大约10 m长的电线两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上,形成闭合电路.两个学生迅速摇动电线,可以发电吗?简述你的理由.你认为两个学生沿哪个方向站立时,摇绳发电的可能性比较大?试一试.”本人以室外实测参考数据设计了该实验.

图1

1 实验器材

10～25 m的双股软导线(将双股软导线的端部绝缘层剥去连接在一起成为并联)、灵敏电流表(或数字式万用表)、指南针.

2 实验步骤

(1)用指南针确定东西方向与南北方向.可以使实验时东西方向的现象与南北方向的现象的差异尽可能地大一些.

(2)课本中要求用约10 m长的电线两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上,可以摇动的长度约为4～5 m,如果摇动的长度为10 m,则导线的总长度可以取20～25 m,这样实验现象可以更明显.

(3)导线长25 m,摇动时两个人的距离为10 m,被摇动的绳长约15 m,用 300 μ A灵敏电流表,导线沿东西方向,摇动时电流表指针左右摆动最大2～2.5格,且与摇动绳子的速度有关.在导线沿南北方向摇动,电流表最大幅度略小于2格.摇动绳子速度基本相同的情况下,电流表指针摆动的情况与东西方向没有明显的差别.如果用数字式万用表的直流200 mV挡测量,绳子沿东西方向摇动时最大值2.4 mV,南北方向最大值 1.9 mV.

(4)减小导线的长度,最短至1 m时仍可看到指针的摆动.

3 数据处理及验证

摇动绳子的速度约为每秒2圈,绳子转动时的幅度约1～1.5 m,数字万用表电压挡的输入阻抗很大,电压读数可认为是电动势.故可估算出地磁场的磁感应强度数值很接近其平均值 5×10-5T.

地磁场的数据资料:地磁场的水平分量(在磁赤道处)为(3～4)×10-5T,地磁场的垂直分量(在南北磁极处)为(6～7)×10-5T,地磁场在地面附近的平均值5×10-5T.

4 结束语

教材在比较详细地进行了电磁感应产生条件的探究后,恰到好处地提出这样一道题,特别还提出两个学生站在哪个方向发电的可能性比较大的问题,贴近学生,容易引起他们的兴趣,使学生在学完新知识的同时产生新的问题,带着新的问题走出课堂,便于学生课后的自主探究,有利于学生课后的发展. (收稿日期:2009-12-05)