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    電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗改進(jìn)

    2018-12-21 06:35:34陳顯灶北京師范大學(xué)廈門海滄附屬學(xué)校福建廈門
    新課程(下) 2018年10期
    關(guān)鍵詞:電流計磁感線感應(yīng)電流

    陳顯灶(北京師范大學(xué)廈門海滄附屬學(xué)校,福建 廈門)

    一、實驗?zāi)康?/h2>

    1.探究影響感應(yīng)電流方向的因素;2.知道電磁感應(yīng)中電能的轉(zhuǎn)化;3.培養(yǎng)實驗探究的技能;4.通過實驗探究,知道導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件;5.經(jīng)歷科學(xué)探究中的交流合作過程,培養(yǎng)探討問題的興趣習(xí)慣。

    二、對教材實驗的思考及改裝

    教材中的實驗內(nèi)容:將一根導(dǎo)體的兩端用細(xì)導(dǎo)線懸掛起來,并與靈敏電流計、開關(guān)組成串聯(lián)閉合電路。將導(dǎo)體放在U型磁體的磁場中,探究導(dǎo)體在磁場中怎樣運(yùn)動才能在電路中產(chǎn)生電流,并探究影響感應(yīng)電流方向的因素。

    存在的不足:教材中提供的實驗方案,主要是通過觀察靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)來確定是否產(chǎn)生感應(yīng)電流和判定電流方向。在實際的演示過程中,靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)角度較小,效果非常不明顯,而且后排同學(xué)也看不清楚電流計指針的變化。演示效果不明顯主要有三方面的原因:1.實驗中是用單匝導(dǎo)線做切割磁感線運(yùn)動,產(chǎn)生感應(yīng)電流過小。2.實驗中蹄形磁鐵的磁性太弱,導(dǎo)致效果不明顯。3.使用靈敏電流計可視性較差,不易觀察。

    改進(jìn)的思考:針對存在的問題,現(xiàn)對實驗進(jìn)行了改進(jìn)。1.使用多匝導(dǎo)線代替單匝導(dǎo)線,做切割磁感線運(yùn)動。2.在蹄形磁體的兩極處添加兩塊強(qiáng)磁,以增強(qiáng)磁鐵的磁性。3.利用發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦?,設(shè)計出顯示儀器代替靈敏電流計,使實驗效果明顯,可視性好。設(shè)計電路如圖所示:

    實驗中,將靈敏電流計用兩種不同的發(fā)光二極管(LED)代替,通過觀察燈是否發(fā)光來判斷是否有電流產(chǎn)生以及電流的方向。實驗中規(guī)定,紅燈亮代表有正向電流通過,此時與之并聯(lián)的反方向的綠燈將不亮。反之,綠燈亮紅燈不亮。因此,可以通過紅綠兩種不同顏色的LED燈來顯示電流的方向不同。

    三、實驗方法

    主要是轉(zhuǎn)換法和控制變量法。

    四、教學(xué)過程設(shè)計

    1.探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件

    根據(jù)實驗的目的和研究對象,需要磁鐵和電線;檢查電路中是否有電流,需要電流表;控制電路必須有開關(guān)。

    教科書是為了探索電路而設(shè)計的:一個導(dǎo)體ab懸浮在馬蹄磁鐵的兩極之間,導(dǎo)體的兩端連接在電流表上,為了探索導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電流的條件,我們逐一進(jìn)行了實驗。先用這種裝置進(jìn)行實驗,實驗效果不明顯,后排同學(xué)普遍反應(yīng)看不清楚指針的變化。因此我們用LED燈來代替電流計(LED燈介紹略),并對實驗中的測量裝置部分進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后電路中的電流利用燈光來觀察,實驗現(xiàn)象更加直觀。同時為了增強(qiáng)實驗效果,在U型磁體上加強(qiáng)磁以大大增強(qiáng)磁性,使實驗現(xiàn)象更加明顯。

    實驗中,保持磁鐵位置不變,當(dāng)電路閉合,導(dǎo)體ab在磁場中左右或斜著運(yùn)動的條件下,電路中總有一盞LED燈會亮,即產(chǎn)生了磁生電現(xiàn)象,而導(dǎo)體靜止時或在豎直方向上下運(yùn)動時,沒有燈亮。再保持導(dǎo)體棒不動,左右移動磁鐵,電路中有燈亮,上下移動時燈不亮。仔細(xì)分析表明,保持磁鐵位置不變,左右移動或斜著移動時切割磁感線,上下移動或靜止時不切割磁感線,保持導(dǎo)體棒靜止,左右移動磁鐵,也相當(dāng)于導(dǎo)體切割磁感線。

    實驗表明,當(dāng)閉合電路的導(dǎo)體的一部分在磁場中運(yùn)動時,導(dǎo)體中會產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng),所產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。

    2.探討影響感應(yīng)電流方向的因素

    使上述實驗裝置保持不變,反復(fù)改變磁場的方向或改變導(dǎo)體在磁場中的方向,紅綠燈的發(fā)光情況也會相應(yīng)改變,說明電路中感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化。當(dāng)保持蹄形磁鐵上面S極時,導(dǎo)體棒左移,紅燈亮,右移,綠燈亮,說明感應(yīng)電流方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向有關(guān);而當(dāng)蹄形磁鐵上面N極時,再左移導(dǎo)體棒,綠燈亮,與此前上面S極時左移導(dǎo)體棒的現(xiàn)象不同,感應(yīng)電流的方向也與磁感應(yīng)線的方向有關(guān)。由此得出,導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體的運(yùn)動方向和磁感線的方向有關(guān)。

    3.討論電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化

    在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,導(dǎo)體做切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動,外力做功。它消耗機(jī)械能量并獲得電能。因此,在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,實現(xiàn)了機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換。

    4.理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的注意事項

    首先,需要注意的是電路必須是“閉合的”。如果不閉合,即使導(dǎo)體在磁場中移動,也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。

    第二,注意磁場中的導(dǎo)體是電路的“一部分”,而不是整個電路。如果電路都在磁場中,情況就復(fù)雜多了。這就超出了初中物理所探討的范圍。

    第三,注意“切割磁感線”的運(yùn)動。如果部分閉合電路在磁場中沿與磁感應(yīng)線平行的方向移動,則不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。

    五、教學(xué)反思

    本次實驗通過對測量電路進(jìn)行改進(jìn),借助LED燈及其單向?qū)щ娞匦?,使實驗現(xiàn)象更加直觀,同時在U型磁體上加強(qiáng)磁以增強(qiáng)磁性,使現(xiàn)象更明顯,課堂效果較好。但在實驗過程中由于空間色彩的干擾,加上本實驗的快速性,使得有時現(xiàn)象較混亂,因此,可以在LED燈旁增加白色背景,增強(qiáng)實驗效果;用5盞LED燈并聯(lián)組成箭頭形狀,使實驗現(xiàn)象更直觀,亮度更高,效果更明顯。

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