對新教材中一道探究性實驗題可行性的討論
2007-12-31 00:00:00傅興鋒陳林鋒
物理教學探討 2007年7期
普通高中課程標準實驗教科書物理選修1第1冊(人教版)第58頁“探索者”欄目中有一題為《搖繩能發電嗎?》的探究性實驗，其內容如下：“把一條大約10米長的電線兩端連在一個靈敏電流表的兩個接線柱上，行成閉合電路。兩個同學迅速搖動電線，可以發電嗎?簡述你的理由。你認為兩個同學沿哪個方向站立時，搖繩發電的可能性比較大?試一試。”教材的本意顯然是指兩個同學沿東西方向站立時搖繩會發電，但筆者認為該實驗的可行性值得商榷，分析如下：
學校附近地磁場的磁感應強度的豎直分量為5×10-5T，學生搖動導線可以認為1s轉動2圈，即轉動的頻率為2Hz，假設轉動過程中的最大半徑為r=1m，所以切割的最大速度v=ωr=4πm/s。
該實驗可以等效成這樣的物理模型：一根長為8m的導線在勻強磁場中繞某點以4πm/s的速度做勻速圓周運動(如圖1所示)，磁感應強度為5×10-5T，其產生了正弦式交變電流的最大值為：
Em=Blv=5×10-5×8×2π×2V=5×10-3V。
所以其感應電動勢的有效值為E=
=3．6×10-3V，由于實際切割磁感線的導線長度并沒有這么長，所以實際產生的感應電動勢應小于3．6×10-3V。而這樣的低電壓一般中學實驗室所能提供的電壓表是測不出來的。按照教材中所講的用靈敏電流計去檢測感應電流，50μA的靈敏電流計內阻大概為1．6kΩ左右，若不考慮導線的阻值，計算得到的感應電流為2μA左右，這么小的電流一般中學實驗室的電流表是無法檢測到的。
所以該實驗的思想方法是可行的，但由于中學實驗室條件的限制，在實際的操作中很難得到理想的結果。
(欄目編輯 鄧 磊)
