一個(gè)電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

葉彬

課堂演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)越來越受到一線教師的重視。為了更好地引課并充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，或者更好地把抽象難懂的物理理論知識直觀地展現(xiàn)出來，從而幫助學(xué)生理解掌握物理知識，越來越多的一線教師在演示實(shí)驗(yàn)上下工夫。然而很多演示實(shí)驗(yàn)并不盡善盡美，不能很好地展現(xiàn)出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，有時(shí)甚至?xí)m得其反。這就需要我們在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)就我做過的一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

中學(xué)物理電磁學(xué)中講到變化的磁場會在它周圍的空間產(chǎn)生電場，當(dāng)有導(dǎo)體處在該電場中時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子就會在電場力作用下作定向移動(dòng)而產(chǎn)生電流，即感應(yīng)電流。如果導(dǎo)體是閉合的就會形成閉合回路。

如果沒有演示實(shí)驗(yàn)做輔助，這樣的理論就實(shí)在是顯得抽象和枯燥。那么我們?nèi)绾尾虐堰@抽象難懂的理論直觀地展現(xiàn)給學(xué)生呢？筆者思考電流本是人眼難以觀測到的，只能間接地把它表現(xiàn)出來?？梢越柚娏鞅砘驘襞輥肀憩F(xiàn)。若以電流表表現(xiàn)電流，則略顯平淡；若以燈泡表現(xiàn)電流，則會給人眼前一亮的感覺。以此為據(jù)，筆者嘗試用演示變壓器配合鐵芯提供一個(gè)變化的磁場，再把接入燈泡的閉合線圈放入鐵芯中，觀察燈泡的亮度。某次上課我使用該實(shí)驗(yàn)引課?？晌野l(fā)現(xiàn)做完這個(gè)實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)仍有些困惑。下課后，我通過與一些同學(xué)交流得知，他們首先疑惑線圈與鐵芯之間是否接觸，鐵芯本身是否帶電；其次該實(shí)驗(yàn)也不夠新奇。后來我就對此實(shí)驗(yàn)做了一些改動(dòng)，結(jié)果實(shí)驗(yàn)效果有了顯著改善?，F(xiàn)在把原實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)做介紹對比。

【實(shí)驗(yàn)原理】

放在變化磁場中的導(dǎo)體，若導(dǎo)體是斷開的，導(dǎo)體中自由移動(dòng)的電子就會定向移動(dòng)，使斷開處兩端積累正、負(fù)電荷而產(chǎn)生電勢差，此電動(dòng)勢被稱為感應(yīng)電動(dòng)勢或感生電動(dòng)勢，若將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該電動(dòng)勢會驅(qū)使電子定向移動(dòng)，形成感應(yīng)電流。

【原實(shí)驗(yàn)】

把220伏家庭交變電流接入多匝線圈，使線圈中產(chǎn)生變化的磁場，再往線圈中豎直插入條形鐵芯以增強(qiáng)磁場強(qiáng)度，把感應(yīng)燈線圈快速套入條形鐵芯，該磁場能使燈泡所在的線圈產(chǎn)生出感應(yīng)電流，若感應(yīng)電流足夠大就會使燈泡發(fā)光，裝置如圖一。

圖一

【評價(jià)】這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能給人眼前一亮的感覺，當(dāng)老師提出為什么燈泡會發(fā)光時(shí)，同學(xué)們基本能猜出是變壓器的原因。再一個(gè)，感應(yīng)燈線圈插入鐵芯時(shí)，會出現(xiàn)視覺死角。而恰若此時(shí)燈泡一閃。學(xué)生會疑惑燈泡線圈和變壓器瞬間接通才發(fā)出亮光。

改進(jìn)思路：學(xué)生看不到變壓器，燈泡還能發(fā)光。

【改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)】

如圖2，做一個(gè)剛好罩住變壓器的紙盒，罩住變壓器。自制一個(gè)發(fā)光二極管的感應(yīng)線圈代替感應(yīng)燈泡線圈。接通電源后，手持發(fā)光二極管線圈由紙盒上方慢慢靠近紙盒，會發(fā)現(xiàn)二極管開始發(fā)光并慢慢變亮。

圖二

【注明】這里選擇用發(fā)光二極管是因?yàn)楦袘?yīng)燈泡線圈在遠(yuǎn)離交變磁場的上方很難發(fā)光，而發(fā)光二極管的功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通小燈泡，這也是實(shí)驗(yàn)成功的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

【評價(jià)】當(dāng)學(xué)生看到一個(gè)沒有電源的二極管自動(dòng)發(fā)光并且慢慢變亮?xí)r非常驚訝，迫不及待想知道這是為什么，學(xué)生的積極性完全被調(diào)動(dòng)起來。這時(shí)老師再順?biāo)浦劢议_罩著變壓器的紙盒，學(xué)生恍然大悟原來是變壓器在作怪，可又一想：“發(fā)光二極管也沒和變壓器連接為什么還會發(fā)光呢？”整個(gè)過程由老師的追問變成了因?yàn)閷W(xué)生的好奇而產(chǎn)生的疑問，這樣不僅使實(shí)驗(yàn)變得有趣，而且充分排除了不必要的干擾因素，實(shí)驗(yàn)效果非常顯著，學(xué)生反映非常好。

【心得體會】

物理的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)，生動(dòng)新奇的課堂實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，這樣引入新課效果很好。新穎、有趣的引課，是一節(jié)課成功與否的重要部分，所以每位教師都應(yīng)不斷提高自身素質(zhì)，根據(jù)不同的課選擇恰當(dāng)?shù)囊n方式，從而激發(fā)學(xué)生興趣，優(yōu)化課堂教學(xué)效果。平淡的演示實(shí)驗(yàn)通過小小的改動(dòng)就能變成有趣、神秘的魔術(shù)，魔術(shù)的背后卻隱藏著神奇的物理知識。最大限度地激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲是提高教學(xué)質(zhì)量的一大利器。