交流電產(chǎn)生原理的實驗裝置

浙江省溫州市龍灣區(qū)教師發(fā)展中心(325011) 孔興隆浙江省溫州市龍灣區(qū)永強中學(325024) 王建浩

人教版高中物理《交變電流》中的“做一做”演示實驗(實驗裝置如圖1所示)存在一些弊端:①裝置體積過小,教學演示時后排學生觀察不到裝置結(jié)構(gòu),線圈形狀與教學中的線圈圖示也不匹配;②觀察不到感應(yīng)電流大小的連續(xù)變化;③未能演示正弦式交變電流的圖像。針對該實驗裝置存在的不足,筆者對交變電流產(chǎn)生原理的實驗裝置進行了改進,觀察效果較好。

圖1 演示實驗裝置

1 器材選擇

長約32 cm直徑為10 mm的不銹鋼空心管1根,150 mm×100 mm鐵氧體普通磁鐵4塊,10 mm厚及3 mm厚的透明有機板若干,長50 cm直徑為6 mm實心不銹鋼管1根,直徑為0.45 mm的漆包線若干,直徑為30 mm的銅片軸承2個,直徑為4 mm的螺帽及配套螺絲若干,演示用電流表1只,導線若干。

2 實驗裝置的構(gòu)造與制作

實驗裝置的構(gòu)造圖如圖2所示,包括手搖發(fā)電機和交流電展示架。其中手搖發(fā)電機包括基板和磁鐵架,磁鐵架對稱設(shè)置于基板。

(1)按照圖2所示結(jié)構(gòu)圖進行底座及支架制作。

(2)進行線圈制作,利用直徑為3 mm的透明有機線圈尺寸進行切割,用氯仿將材料焊接后放好不銹鋼轉(zhuǎn)軸,取直徑為0.45 mm的漆包線繞制1 000圈左右,裁取250 mm×3 mm×3 mm透明有機板2塊,按照圖3所示示意圖進行打孔和安裝發(fā)光二級管,接上拔動開關(guān),再接上線圈漆包線接頭,另將外接線從轉(zhuǎn)軸的另一端穿出。

圖3 線圈上下外裝發(fā)光二級管示意圖

(3)取350 mm×450 mm×3 mm透明有機板,按照圖4所示示意圖鉆孔安裝發(fā)光二級管,并接好電路,作為外裝發(fā)光電路輸出。

圖4 外顯示發(fā)光二級管示意圖

(4)取150 mm×100 mm鐵氧體普通磁鐵2塊,300 mm×100 mm 1塊木板,按磁鐵極性,安裝在木板上,另裁2段長50 cm直徑6 mm的實心不銹鋼管和2 mm×2 mm不銹鋼角鐵,進行折角按320 mm×105 mm長方形用風焊焊接后,安裝長250 cm直徑為6 mm的實心不銹鋼管,安放2塊150 mm×100 mm鐵氧體普通磁鐵,為線圈上方磁鐵支架。

(5)按裝置結(jié)構(gòu)圖(如圖5所示)將導電圈安裝在轉(zhuǎn)軸上,安裝好電刷、接線柱,及轉(zhuǎn)動裝置支架和轉(zhuǎn)輪,進行總裝與調(diào)試。裝置實物圖如圖6所示。

圖5 交變電流發(fā)電機原理演示裝置結(jié)構(gòu)圖

圖6 交變電流發(fā)電機原理演示裝置實物圖

3 實驗裝置的演示使用

本實驗裝置用于中學物理教學時演示簡單的交流發(fā)電機的構(gòu)造及交流電產(chǎn)生原理。

3.1 演示發(fā)光二極管的發(fā)光

先觀察線圈邊緣的二極管交替發(fā)光情況,再觀察外電路發(fā)光二級管交替發(fā)光情況。觀察到線圈轉(zhuǎn)動過程中二級管交替發(fā)光,說明本實驗裝置能產(chǎn)生電流,且電流方向在發(fā)生變化。

3.2 演示用電流計左右偏轉(zhuǎn)情況

(1)觀察到線圈轉(zhuǎn)動1周,電流計左右偏轉(zhuǎn)各1次,說明電流方向發(fā)生了變化。

(2)觀察不同位置線圈轉(zhuǎn)動時電流計偏轉(zhuǎn)大小。①中性面位置時電流計幾乎不偏移,電流很小;②線圈平向于所轉(zhuǎn)方向平衡位置,電流計偏轉(zhuǎn)最大,電流最大;③中性面與平行位置之間,電流計有偏轉(zhuǎn),其偏轉(zhuǎn)幅度在0到最大值之間的位置。

(3)用電壓傳感器及數(shù)字采集器演示交流電的電壓圖像,如圖7所示。

圖7 電壓圖像

4 實驗裝置的優(yōu)點

通過設(shè)置交流電展示架,演示者在手搖發(fā)電機進行手搖驅(qū)動時,手搖發(fā)電機產(chǎn)生正弦波型的交流電,同時該交流電將交流電展示架上的第1個LED燈珠點亮,由于第1個LED燈珠的正弦波型布置,因此其點亮后,可以直接給學生展示交流電的波形,實驗效果觀察直觀,學生學習興趣高。本實驗裝置還有以下幾個優(yōu)點:①結(jié)構(gòu)簡單,部件可拆可組裝,易于操作,性能穩(wěn)定,實用性強;②教具設(shè)計新穎,構(gòu)思巧妙,在信息技術(shù)與傳統(tǒng)實驗整合方面有所創(chuàng)新;③教具所示實驗內(nèi)容符合科學原理,有利于科學學習,有利于實驗教學。