孙佩雄,赵 君
(天津师范大学,天津 300387)
磁感应发电仪在课本中原有演示实验的基础上加以改进,选用生活中常见材料,旨在让学生通过亲手制作仪器理解感应电流是怎样产生的。改变实验条件,自己探究感应电流的产生又跟哪些因素有关,继而锻炼他们观察、逻辑思维能力,加深对知识的理解[1-2]。
电动机旋转,不断改变4块强磁与线圈之间相对位置,使每个线圈内磁通量发生变化,产生感应电流。当电流达到一定值时,二极管发光。
直径4cm4 000匝线圈1只、5 000匝线圈3只、6 000匝线圈1只、强磁4片、红色二极管、有机玻璃、光盘、小电机、螺丝
(1)制作转子。将小电机与光盘相连接,并在光盘内侧粘上4片强磁(如图1所示)。
(2)制作定子。将缠好的5个线圈摆放在第二张光盘内侧,呈五角型。每个线圈上都栓有一枚二极管。用有机玻璃和螺丝搭一个台子,将定子固定在上面(如图2所示)。用铁架台夹子夹住电机,固定在距离定子不到1cm处,接通电源,转子转动,二极管发光(如图3所示)。
图1 转子
图2 定子
图3 磁感应发电
本教具利用生活中常见材料,通过简单组装而成。利于学生亲手制作锻炼动手能力,同时又可改变实验条件,产生不同的实验现象,激发学生观察、思考。
(1)细心的学生会发现,不论电机转动多快,二极管都不是一直发光,而是不断地快速闪亮。这是因为,每一块磁铁在经过线圈时,都会发生两个过程,磁通量增大和磁通量减小。这两个过程产生的感应电流方向相反,二极管有正向导通性,所以尽管电机旋转很快,在没达到人视觉残留的速度时,二极管都是快速闪亮的。
(2)改变输入电机的电流方向,可改变转子旋转方向。通常情况下,会有一部分学生认为此种情况下,产生感应电流方向相反,二极管有正向导通性,所以不发光。但实际上,二极管仍然发光。因为改变输入电流方向,实际上改变了产生对于二极管而言正向和反向感应电流的顺序。原来如果是先产生正向电流,后是反向电流,那么改变电流方向后,则是先反向后正向,所以二极管依旧发光。
(3)调节电流大小,可以改变转子转速快慢。转速越快,二极管亮度越亮。
(4)可以通过改变线圈匝数,改变二极管亮度。匝数越多,二极管越亮。
(5)更换不同的线圈,改变面积,面积越小,二极管越暗。
(6)改变磁场强度方法有两种。一种,改变磁铁与定子间的距离,距离越远,二极管亮度越暗。或者还可以改变强磁的个数,增加个数时,转子高度需向上提升,为了使其余线圈距离磁场距离不变,要适当垫高。
通过以上介绍,我们不难看出,自制教具在教学过程中可以起到很大的作用。它弥补了演示实验,一人做大家看的不足。在教师演示过程中,学生扮演的角色通常只是观众,缺乏参与机会,也就少了积极性。对于这类制作简单,材料常见的自制教具,学生完全有能力去亲手制作,自己开动脑筋改变条件,思考原因,可以很好地激发他们思考,加深对知识的理解。同时拉近学生与老师,学生与物理与生活之间的距离。
[1] 江影,等.综合设计性物理实验项目开发与指导方法的探究[J].大学物理实验,2012,6(28):116-118.
[2] 知宪武,等.设计性物理实验教学方法改革[J].大学物理实验,2012,1(30):81-83.