电磁感应实验改进与创新设计

李淑淑 高倩

摘   要：笔者以人教版“选修3-2”第五章第四节《变压器》的一个实验为原型[1]，对之作了进一步的设计和改进。通过用音频导线分别连接两个线圈，将磁通量变化所引起的感应电流通过扩音器以声音的形式播放出来;再结合微电流与电压传感器以图表数据的形式将产生感应电流的实时变化呈现出来。实验的设计以提高学生的科学素养为出发点，注重科学方法的渗透和实验探究，并结合教学环节深刻剖析了感应电流的产生过程，可以激发学生的好奇心和探索欲，同时也能引发学生对电磁感应本质的进一步思考。

关键词：电磁感应;磁通量;感应电流;输出电压

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2019）11-0078-3

1    实验设计的背景和原理

1.1    背景介绍

对本实验的思考和改进起源于课本“选修3-2”第五章第四节《变压器》的一个探究实验（图1）。针对该实验，笔者进行了深入思考，认为该实验有以下不足的地方：

（1）该实验虽然装置简洁，操作简单，学生能观察到小灯泡会亮，但是实验现象较为单一，难以引起学生的深入思考。

（2）该实验只是从现象上以灯泡亮起作为实验结果展示，并不能将其中的本质联系形象地展示出来。

（3）该实验只是表象的呈现，没有直观的数据做支撑，给学生的印象易流于形式，不够深刻。

1.2    实验的改进方法与原理

笔者经过深入思考与精心设计，对本实验作了如下改进：

（1）利用电磁感应原理，将音频线与普通的导线结合，再分别跟两个线圈相连接;将播放器中的音乐转化成变化的微电流输入其中一个线圈，该线圈产生的变化的磁场使得附近的另一个线圈上产生同频率变化的感应电流;该电流再经过音频导线进入扩音器，经扩音器还原放大之后以声音的形式直观、生动地播放出来（图2）。

（2）将微电流传感器接入第二个线圈，替换下扩音器，在电脑上打开DISLab数字实验通用软件。则第二个线圈上产生的感应电流的变化情况将通过微电流传感器与电压传感器在电脑上以数据图表的形式直接实时同步展示出来（如图3、图4）。

1.3    实验的创新之处

本改进实验的创新之处有以下几点：

（1）实验现象明显，趣味性较强，组装简单且易操作。教师在演示本实验环节一时，只需要将线圈与音频导线接起来，再将音频线插头插入对应的播放器与扩音器设备;在第二个环节演示时，只需要将第二个线圈接入传感器上，打开电脑DISLab数字通用软件即可。

（2）本实验将电磁感应产生的感应电流以音乐的形式生动呈现出来，现象明显，趣味性强，很容易抓住学生的好奇心，激发学生的探索兴趣。

（3）注重科学思维和科学探究。从声音转化来的变化的微电流到变化的磁场，再到磁通量的变化引起的感应电流的产生，逻辑严密，可操作性强。实验的实时数据通过电脑软件直观地呈现出来，可以使学生更加清晰、直观地认识到感应电流的产生与变化，在数据支撑之下，论据变得更加充分，给学生的印象也将更加深刻。

（4）该实验装置可以应用在“探究感应电流的产生”“变压器”及“互感和自感”等部分的教学环节。可以说一个实验丰富了多个教学过程。

2    实验的详细情况及数据呈现

2.1    实验装置简介

本改进实验装置组装起来较简单，容易操作。主要部件有：线圈两个，音频线两根，导线四根，闭合铁芯一台，播放器一个，扩音器一个，微电流传感器、电压传感器、DISLab数据采集器各一个，数据线三根，电脑及DISLab通用数字软件（如图5）。

2.2    实验步骤

（1）将线圈1（绿色）与其中一根导线连接起来，导线接入0和4接口。

（2）将线圈2（红色）与另一根导线连接起来，导线接入0和16接口，将音频插头插入扩音器话筒插孔。

（3）将手机播放器的音乐打开，进行音乐播放。再将与线圈1連接的音频线插头插入手机的耳机插孔中。

（4）将播放器开关打开。

（5）将与播放器连接的音频导线插头拔下，给线圈二（红色）原接口位置同时接入微电流传感器和电压传感器。

（6）打开电脑中的DISLab数字通用软件，在页面菜单中选择“数字”或“示波”按钮，进行实时数据的展示。

2.3    实验数据展示

3    结  语

本实验改进后，无论从实验现象、实验效果，还是实验数据方面，都充分地显示了电磁感应现象中感应电流的产生和变化情况，使学生能够直观而清晰地认识电磁感应现象，了解感应电流、电压的产生特点，对本部分教学环节有着非常大的辅助作用。本实验的设计以提高学生的科学素养为出发点，注重科学方法的渗透和实验探究环节，结合教学环节深刻剖析了感应电流的产生过程及电磁感应的本质，为变压器原理的理解做了有效的铺垫。

该实验在“电磁感应”和“交变电流”两个章节的学习中多次被用到，取得了很好的效果，学生学习兴趣高涨，探究热情空前，极大地引发了学生的求知欲和探索热情。

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理（选修3-2）[M]. 北京：人民教育出版社，2010：41.

（栏目编辑    李富强）