揚聲器工作原理一課的實驗改進

王 悅

揚聲器工作原理一課的實驗改進

王 悅

一、教學中存在的問題、困惑及成因

物理學是一門實驗科學。在物理學中，每個概念的建立、每個定律的發現，都有其堅實的實驗基礎。實驗在物理學的發展中有著巨大的意義和推動作用。

心理學研究表明，學生對學習內容的鞏固程度，與學習方式關系很大。一般來說，學生通過聽教師講授，能夠記住10%～20%；學生如能看到實物或現象，能夠記住30%；如果學生既能聽教師講，又能看到實物或現象，能記住50%；如果學生看到實物或現象，自己又描述過，便能記往70%；如果學生既動手做過，又描述過，則能記住90%。

可見實驗教學是開展科學教育過程中的一個十分重要的實踐教學環節，是培養學生創新精神和動手操作實踐能力的重要途徑。物理學家帕格爾斯也曾說過：“沒有實驗的物理理論是空洞的，沒有理論的實驗是盲目的。”實驗賦予了物理學科思想和內容，實驗促進了物理學的發展，同時物理實驗自身也是不斷發展的。

在揚聲器工作原理這一節教學內容中，介紹了動圈式揚聲器是把電信號轉換成聲信號的裝置，這部分是磁場對電流有力的作用的具體應用。傳統教學中只是將書中的揚聲器分解圖展示給學生看，但由于受平面圖形所限，學生根本弄不清楚線圈如何在磁場中振動，永磁體在什么地方形成勻強磁場，線圈在磁場中如何受力，受力方向如何，交流電變化過程中線圈如何運動，以及動圈式話筒怎樣工作等諸多問題。

本實驗裝置利用生活中很常見的廢舊揚聲器重新組裝了實驗裝置。將分解下來的繞有線圈的紙盆用橡皮筋掛在釘在木板上的鐵釘上，并且為了達到更好的實驗效果，向紙盆中加入了彩色泡沫，紙盆振動發聲時會把堆在紙盆中的彩色泡沫振動出來。本實驗設計能夠直接演示揚聲器和動圈式話筒的工作原理，整個裝置可分拆講解，也可組合演示，具有很好的示范性。

二、實驗改進

1.制作材料

廢舊的大功率低音揚聲器1個、橡皮筋3根、鐵釘3根、木板1塊、塑料片1塊、電工刀、剪刀、膠、塑料泡沫若干、彩色亮片若干。

2.制作方法

(1)用電工刀將廢舊揚聲器的紙盆和永磁體分離，只留下帶線圈的紙盆和永磁體，如圖1所示。

圖1

(2)用剪刀將塑料片剪成寬1cm左右的圓環，并在圓環上按120°角間隔打3個孔，用膠將塑料圓環粘在紙盆邊緣構成盆托，并用剪刀將塑料泡沫剪成黃豆粒大小。

(3)在木板上釘3個互成120°角的釘子，用3根橡皮筋穿過盆托上已打好的孔，并將皮筋套在釘子上，制作成可以活動的紙盆。

(4)在紙盆下面放剛才分離出的永磁體，即可成為一個揚聲器演示器。這樣就能實現讓紙盆自如活動，而且很容易看清線圈在磁場中的振動情況，如圖2所示。

圖2

3.使用方法

(1)將繞有線圈的紙盆、滑動變阻器、開關接入學生電源直流電路中，閉合開關。

現象：紙盆不動，如圖3所示。

圖3

(2)在紙盆下放一神秘物體，再通入直流電，閉合開關。

現象：紙盆移動一下，為什么會動？這個神秘物體究竟是什么，能有這么大的魔力？

揭秘：這個神秘物體其實就是一塊永磁體，如圖4所示。

圖4

(3)引出：永磁體是使紙盆移動的必要部分。所以揚聲器的主要結構就是紙盆、線圈、永磁體，如圖5所示。

圖5

(4)在黑板上畫原理圖，明確線圈的繞法，當線圈中通有變化的電流后，它會產生變化的磁場，先判斷出線圈中電流的方向，再用右手螺旋定則確定磁極的位置，此時通電線圈就相當于一個條形磁鐵，與紙盆下面的永磁體相互作用會產生力，就可以判斷出通電線圈的受力方向，因而得出紙盆的運動方向，如圖6所示。

圖6

(5)在以上的電路中，改變直流穩壓電源正負極，閉合電源，觀察紙盆移動情況。

現象：紙盆向上移動，如圖7所示。

圖7

(6)通入交流電，電流時刻改變，通電線圈磁極方向時刻改變，受力方向時刻改變。

現象：紙盆跟著振動，發出持續的聲音。

為了演示效果更明顯，紙盆里放入塑料泡沫和彩色亮片，當通入交流電流時，紙盆來回振動，帶動塑料泡沫和彩色亮片也跟著跳動，如圖8所示。

圖8

三、儀器的特點及用途

1.特點

(1)本教具密切配合基礎教育新課程改革，主要針對北師大版九年級《物理》教材第十四章電磁現象中，第六節《磁場對電流的作用》內容設計。符合課改理念，體現新課程標準要求。

(2)本教具能夠直接演示揚聲器和動圈式話筒的工作原理，能將學生心中復雜的儀器結構化簡為揚聲器的3個主要部分，即紙盆、線圈、永磁體。本教具簡單直觀，操作簡便，整個裝置可分拆講解，也可組合演示，能夠與知識很好地結合，有很好的示范性。

(3)本教具的材料選用生活中常見的物品并加以改進，合理巧妙地設計了簡單的揚聲器模型，演示了揚聲器將電信號轉換成聲信號的過程，也就是強弱變化的電流在磁場力的作用下受力運動，電能轉化為機械能的過程，并且利用碎紙屑在振動的紙盆中跳動將實驗現象放大，打破了學生對科學技術的神秘感。使學生了解揚聲器在現實生活中的作用以及對人們生活的影響，同時也拓寬了學生的知識面，是屬于“物理走向社會”的內容。

(4)本教具填補了這一節實驗設計的空缺，實驗效果非常好，使學生能夠近距離操作電學教具，變抽象為具體。不僅突破了教學的常規方法，創新處理了教學內容，而且應用這個演示實驗展示科學的真實，以學生所學的知識為基礎，運用鮮明的實驗現象對比，為學生真正理解生活中的科學技術打好基礎。

2.用途

(1)使學生了解揚聲器的結構。揚聲器的主要結構就是紙盆、線圈、永磁體。

(2)演示揚聲器的工作原理，能很好地展示揚聲器的磁場位置，線圈受力方向，通入直流電或音頻交流電時線圈運動情況，還可以演示動圈式話筒的工作原理。

[1] 馮長喜.初中物理實驗教學[EB/OL]. http://edu6. teacher.com.cn/tkc744a/kcjj/ch1/se0/se2. htm,2011,1,21,

稿件編號：P1103128

王悅，本科，中教二級。

北京礦院附中。