“电磁感应”中两组趣味实验的制作与应用

曹 会

(江苏省外国语学校,江苏 苏州 215104)

电磁感应是《物理3-2》的核心内容,与生活科技的紧密结合、实验的基础地位作用等学科特点在这里体现得淋漓尽致,来自学生生活素材的实验开发是电磁感应成功教学的重要策略.笔者根据教学需要创新开发了两组趣味实验装置,其在教学中的运用引发了学生强烈的求知欲,有效发展了学生的物理核心素养,谨以此文与大家分享.

1 “妙传音乐”演示实验

图1 “妙传音乐”装置

1.1 所需器材及装置(见图1)

手机1只，可拆变压器1台，带3.5 mm插头的电脑音箱1套，3.5 mm插头耳机线一根，带有鳄鱼夹导线2根.

1.2 制作要点

把3.5 mm插头耳机线取其一个声道的两根铜线接入变压器原线圈0～400匝接线柱,用两根带有鳄鱼夹导线一头分别夹住音箱3.5 mm插头的最里面和最外面的金属部分,导线另外一头接入变压器副线圈0～800匝接线柱.

1.3 实验优点

此实验取材简便,能够运用在多个知识点教学中,运用原副线圈互感原理传输音乐,直接对学生形成听觉上刺激具有很强的感染力,两个线圈没有直接接触就可传递音乐,对学生形成认知冲突,容易激发学生探究欲望.

1.4 实验操作及应用

(1) 接通音箱电源,手机播放音乐,把音箱3.5 mm插头接入手机,实现常规意义上的接线传输音乐.

(2) 手机播放音乐,运用音频传输线把手机与原线圈相连,运用导线把音箱与副线圈相连,两线圈靠近即可实现音乐传递,放入铁芯,闭合铁芯,音乐信号传递效率明显增强.

(3) 本实验在教学中可在3处使用.其一,可作为“感应电流”产生条件的引入实验,[1]原副线圈之间发生电磁感应现象,但与初中“切割理论”形成认知冲突,可以让学生形成强烈的探究欲望;其二,可作为“互感现象”的应用实验,[2]让学生体会互感原理的强大作用,并初步理解“蓝牙”耳机的物理原理;其三,可作为“变压器”是否改变电流变化频率的探究性实验,手机中音乐通过变压器互感线圈传输到音箱中,并没因接入变压器而改变音乐的频率,具有“千言万语说不清,一做实验就分明”的神奇功效.

2 “无线充电”演示实验

图2 自制无线充电装置

2.1 所需器材及装置(见图2)

电磁炉1台，不锈钢汤锅1只，手机1只，手机充电线1根，旧的手机充电器内部线路板1只，带有小灯泡的灯座1只，长导线1根(约3 m)，一端带有鳄鱼夹的导线两根.

图3 整流器

2.2 制作要点

把长导线两端接入灯座两个接线柱形成闭合回路,打开手机充电器外壳取出手机充电器内部线路板如图3所示,挑断线路板上变压器输出端导线,在线路板的变压器输出端两个针脚处焊接两根另一端带有鳄鱼夹的导线,从而制作出交流电变直流电的整流器.

2.3 实验优点

此实验取材简便,学生可在家完成,高度模仿“无线充电”装置,紧跟时代步伐,贴近生活,学生兴趣高.

2.4 实验操作及应用

(1) 把装有水的不锈钢汤锅放在电磁炉黑晶板上,打开电源,用长导线围着锅体下半部分绕5圈左右(根据具体情况而定),发现小灯泡随着导线绕制匝数的增多明显变亮.本实验可在教学中3处使用,其一,可作为“感应电流产生条件”的引入实验,电磁炉产生变化磁场引起绕制线圈回路中磁通量变化,从而产生感应电流;其二,可作为“法拉第电磁感应定律”的探究实验,随着绕制线圈匝数变化、电磁炉加热挡位(磁场变化的频率)变化,小灯泡亮度发生明显改变,从而得出线圈中感应电动势与匝数、磁通量变化快慢的定性关系;其三,可作为“变压器”的引入实验,电磁炉中加热线圈即可视为变压器原线圈,绕制线圈即可视为变压器副线圈,汤锅即可视为变压器中的铁芯,电磁炉点亮小灯泡,[3]同时实现了降压,从而引入变压器概念,开始逐步构建理想变压器模型得到变压规律,最后还可回归这个“非理想变压器”进行变压规律的应用条件解读.

(2) 把制作好的整流器通过两根带有鳄鱼夹的导线并联在小灯泡两端,通过手机充电线接入手机,即可实现手机充电,实现无线充电功能,模仿了当下热门的手机无线充电技术模型.本实验可作为“变压器”知识的迁移应用,即可作为课堂演示实验,又可留作学生课后兴趣制作,实践表明会引发学生的积极学科情感.

物理学家朱正元教授有句名言“坛坛罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”.本文实验中废旧充电器、耳机线均是可以“变废为宝”的材料,手机、音箱、电磁炉、导线均是“唾手可得”的器材.这些资源的“拼拼凑凑”进行实验,不仅增强了师生的环保意识,而且有助于形成正确的科学态度与责任.教师亲自动手设计实验能够催生学生刻苦钻研的科学研究精神,严谨的探究论证形式能够培养学生缜密推理的思维习惯.类似“妙传音乐”、“无线充电”实验的制作过程,笔者尝试放手给学生自己做,培养了学生动手动脑的能力,通过自制的小实验发现了科学规律,学生们成就感油然而生,培养了学习的兴趣,激发了创新精神,发展了核心素养.而且往往这些实验的使用能够巧妙解决教学中教师碰到的教学难点,帮助学生认知的科学建构.