用揚聲器完成的幾個趣味實驗

特古斯

（通遼職業(yè)學院 內蒙古 通遼 028000）

在物理教學中，利用一些常見家用電器的元器件來進行物理課的演示實驗，可以加深學生對物理現(xiàn)象的認識和印象.另外，引導學生利用生活中的電器元件動手做實驗，可以提高學生的動手能力，激發(fā)學生學習物理的興趣.基于以上認識，筆者設計制作了關于揚聲器的幾個趣味物理實驗，供學生實驗觀察使用.通過實驗活動，強化了學生對電磁感應知識的理解.

1 實驗材料

YD5-165A型5W，8Ω的揚聲器1只（口徑大、功率大的低頻紙盆揚聲器均可），紅色發(fā)光二極管（導通電壓1.8V）5只，綠色發(fā)光二極管（導通電壓2.0V）10只，4cm×4cm膠合板1塊，電源變壓器（15W，220V／12V）1只，鱷魚夾2個，普通二極管1只，電解電容器（220μF，16V）1只，鐵架臺1只，導線若干.

2 實驗制作與演示

2.1 用揚聲器點燃自制LED小花燈

取紅色發(fā)光二極管（導通電壓1.8V）5只和綠色發(fā)光二極管（導通電壓2.0V）10只，用導線將5只紅色發(fā)光二極管同向并聯(lián)起來，用導線將10只綠色發(fā)光二極管同向并聯(lián)起來，然后，將紅、綠兩組發(fā)光二極管反向并聯(lián)后再跟揚聲器的音圈并聯(lián)連接成如圖1所示的電路.

圖1 自制LED花燈電路圖

小花燈的制作：取一塊4cm×4cm的膠合板，在上面貼上一張白紙并畫出小花燈的圖案，如圖2所示.在圖案上相應位置鉆出15個孔（孔徑較發(fā)光二極管直徑稍大些），在花蕾上的孔中插入5只紅色發(fā)光二極管，在葉子上插入10只綠色發(fā)光二極管，如圖2所示.按圖1電路將揚聲器與小花燈板上各發(fā)光二極管用導線正確連接起來，然后，用夾子把小花燈板固定在鐵架臺上.

圖2 制作的小花燈圖案

演示方法：用手指輕而快速地將紙盆向里推動的瞬間，觀察到綠色發(fā)光二極管首先閃爍亮一次，而接著將手指快速離開紙盆的瞬間，觀察到紅色發(fā)光二極管閃爍亮一次.如果用手指快速地重復上面的敲擊過程，將觀察到閃閃發(fā)光的小花朵，景象十分美麗.此時，學生興趣盎然，求知欲望增強.

小花燈的發(fā)光原理：當快速按下紙盆時，由于音圈向里有了移動，音圈切割永久磁鐵產生的磁場，在音圈兩端產生感應電動勢，感應電動勢的電極性在音圈引線A端為正、引線B端為負，此時，由于綠色發(fā)光二極管均處于正向偏置（加正向電壓）而導通工作，另一組紅色發(fā)光二極管均處于反向偏置（加反向電壓）而截止，不工作.當手指快速離開紙盆時音圈在紙盆彈力作用下向外移動，音圈反向切割永久磁場，在音圈兩端產生相反方向的感應電動勢，即A負、B正，此時紅色發(fā)光二極管均正向偏置而導通，綠色發(fā)光二極管均反向偏置而截止.

2.2 判別普通二極管引腳的極性

將紅色發(fā)光二極管（導通電壓1.8V）正極引腳與揚聲器音圈A端相連接，負極引腳與紅色鱷魚夾上的一段導線相連接，音圈B端與黑色鱷魚夾上的一段導線相連接，其電路如圖3所示.

圖3 判別二極管引腳極性電路圖

演示方法：用紅色鱷魚夾和黑色鱷魚夾同時夾住被測二極管兩個引腳，用手指快速按下?lián)P聲器的紙盆，此時，觀察發(fā)光二極管是否發(fā)光；手指慢慢放開紙盆后對調紅、黑鱷魚夾，再快速按下紙盆時，觀察發(fā)光二極管是否發(fā)光.在兩次按下紙盆的過程中發(fā)現(xiàn)，發(fā)光二極管只能在其中的一次閃爍發(fā)光，實驗表明，當發(fā)光二極管出現(xiàn)發(fā)光閃爍時，普通二極管與紅鱷魚夾接觸的引腳就是正極，與黑鱷魚夾接觸的引腳為負極.其原因是，當快速按下紙盆時音圈中產生的感應電動勢的極性是A正、B負，只有普通二極管正向偏置才能使發(fā)光二極管導通發(fā)光閃爍，如果普通二極管反向偏置則發(fā)光二極管不能工作，由此證明用揚聲器判斷二極管的正負極是準確可靠的實用方法.此外，我們利用揚聲器還可以判斷單向可控硅的3個電極、三極管的管型等.

2.3 電容器的充放電實驗

將發(fā)光二極管正極引腳與揚聲器音圈A端相連接，負極引腳與紅色鱷魚夾上的一段導線相連接，音圈B端與另一段黑色鱷魚夾上的導線相連接，其電路如圖4所示.

圖4 電容器充放電實驗電路圖

演示方法：用紅鱷魚夾夾住電解電容器正極引腳，黑色鱷魚夾夾住電容器負極引腳，當快速按下紙盆時，觀察到發(fā)光二極管發(fā)光閃爍一次，然后，將手指頂著紙盆慢慢使其回到原來的位置.用同樣的方法重復以上過程時，觀察到每次按下紙盆時，發(fā)光二極管均發(fā)光，但隨著重復操作次數(shù)的增加，發(fā)光二極管的亮度逐漸變暗，最終亮不起來了.其原因是每次快速按下紙盆時，音圈中均產生感應電動勢，感應電動式的極性A端為正、B端為負.當開始時，電容器極板上電荷量很少，充電電流大，因此，發(fā)光二極管的亮度大，由于二極管負極與電容器正極相連，因此二極管阻斷了電容器的放電.隨著反復快速按下紙盆時，在音圈中產生間斷性的感應電動勢，但其方向始終不變，即A正、B負，所以，音圈中產生的感應電動勢不斷給電容器充電，隨著電容器極板上電荷數(shù)量不斷增加使電容器兩端電壓升高，充電電流減少，因此，發(fā)光二極管的亮度逐漸變暗，最終停止發(fā)光，充電完畢.接著，把電容器從鱷魚夾中取下后，使其正、負引腳與發(fā)光二極管的正、負引腳并接時，觀察到發(fā)光二極管突然亮起來并很快熄滅（或將電容器兩個引腳與揚聲器并接時揚聲器中突然發(fā)出“啪”的一聲），這就是電容器放電的緣故.

以上實驗取材方便，操作簡單，判斷準確，趣味性強，實用性強，低碳環(huán)保，對于培養(yǎng)學生學以致用的能力和想象能力均有好處.