2个实用的电磁感应实验介绍

◇ 江苏 武银根

2个实用的电磁感应实验介绍

◇ 江苏 武银根

莱博士(Labox)物理实验箱是一个非常实用的学生实验设备,实验箱实验比较全面,基本覆盖了中学物理教学的所有实验,实验箱中实验仪器制作科学、小巧精致,非常适合课堂学生探究实验,同时其中一部分实验也可以作为演示实验使用.高中物理电磁感应实验箱中有9个实验,分别是:实验1.法拉第电磁感应定律;实验2.探究电磁感应的产生条件;实验3.楞次定律;实验4.电磁阻尼——磁环的下落;实验5.阻尼摆;实验6.电磁驱动——铝桶;实验7.电磁继电器;实验8.手摇发电机;实验9.探究变压器线圈两端电压与线圈匝数的关系.

实验1、2、3、6、7、8、9与实验室的实验基本一致,实验箱的特点就是使实验小型化和集成化,这种实验适合学生作为课堂分组探究实验或作为学生课后兴趣实验,实验有利于培养学生的学习兴趣和对物理规律的掌握.

实验箱中的实验4和实验5是比较新颖的小实验.2个实验都是演示磁阻尼现象,实验现象明显、效果显著,值得推广,这里简要介绍一下.

实验4:电磁阻尼——磁环的下落

本实验是通过比较磁环在塑料管和金属管(铜管和铝管)上下落的快慢来演示磁阻尼现象(如图1所示).

图1

实验操作很简单,使磁环从管的最上端释放,比较落到底端时间,从而确定金属对磁环的阻尼作用.

本实验现象明显,尤其是比较塑料管和铜管(或铝管)时,磁环在塑料管上下落比磁环在金属管上快得多,说明金属是导体,磁环下落过程产生了感应电流,感应电流产生的磁场对磁环产生了向上的阻力作用,导致下落变慢.实验在比较磁环在铝管和铜管上下落情况,现象不是很明显.实际上,这个实验只要比较一下磁环在导体管和非导体管上下落的快慢就可以说明磁阻尼的存在了.

该实验也可以用片状磁铁(扁平状的磁铁或磁环)在倾斜的金属表面和同样光滑的非金属表面(如玻璃表面)上下滑来说明磁阻尼的存在(如图2所示).实验操作与实验4相同,但这个实验更容易激发学生的兴趣,因为圆柱的管学生更容易理解感应电流的产生以及磁场力的作用,而学生对板状物体电流的产生却不甚了解.这个实验可以拓宽学生视野,使学生对电流的理解更加深刻.实验还可以改造成磁环和相同大小的硬币在金属板上下滑,这样更加直接,可以看到磁环的下滑不仅有摩擦阻力的影响,还增加了一种阻力,这就是电磁阻尼作用.

图2

实验5:阻尼摆

本实验是比较2个形状不同的金属摆在磁场中受到的电磁阻力情况(如图3所示).

图3

2个摆在磁场中摆动时,有缺口的摆不容易停下,而没有缺口的摆很快停止摆动,说明无缺口的摆受到的电磁阻力小.

实验可以通过猜测结果进行验证,这样学生会知道电流的大小与形状有关,没有缺口的摆摆动时产生的电流更大,形成的电磁力大,而同样材料有缺口的摆摆动时产生的电流小,产生的阻力也就小.实验说明2个问题:1)金属在磁场中运动会产生电磁阻尼;2)2种导体由于形状不同导致电阻不同.

这个实验需要注意的是,机械阻力情况要相同,否则学生会认为无缺口的先停下是因为机械阻力大.为了说明这一点,实验可以把支架倒置,让2种摆都不在磁铁间摆动,这时我们会发现二者摆动情况几乎完全相同,这说明后面的阻力主要来自电磁阻力,这个实验步骤完成后再比较二者在磁铁间的摆动实验,效果不言而喻.

莱博士电磁感应实验箱把很多教师演示的实验变成了学生探究实验,真正体现了课堂以学生为主体的教育理念,让学生在做中学,激发了学生的学习兴趣,提升了课堂教学效果.

(作者单位:江苏省扬州中学)