一個電磁感應實驗的改進

葉彬

課堂演示實驗教學越來越受到一線教師的重視。為了更好地引課并充分調動學生積極性，或者更好地把抽象難懂的物理理論知識直觀地展現出來，從而幫助學生理解掌握物理知識，越來越多的一線教師在演示實驗上下工夫。然而很多演示實驗并不盡善盡美，不能很好地展現出預期的實驗效果，有時甚至會適得其反。這就需要我們在原有實驗的基礎上改進實驗，現就我做過的一個實驗進行改進設計。

中學物理電磁學中講到變化的磁場會在它周圍的空間產生電場，當有導體處在該電場中時，導體中的自由電子就會在電場力作用下作定向移動而產生電流，即感應電流。如果導體是閉合的就會形成閉合回路。

如果沒有演示實驗做輔助，這樣的理論就實在是顯得抽象和枯燥。那么我們如何才把這抽象難懂的理論直觀地展現給學生呢？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出來。可以借助電流表或燈泡來表現。若以電流表表現電流，則略顯平淡；若以燈泡表現電流，則會給人眼前一亮的感覺。以此為據，筆者嘗試用演示變壓器配合鐵芯提供一個變化的磁場，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驗引課。可我發現做完這個實驗后，學生對實驗仍有些困惑。下課后，我通過與一些同學交流得知，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；其次該實驗也不夠新奇。后來我就對此實驗做了一些改動，結果實驗效果有了顯著改善。現在把原實驗和改進后的實驗做介紹對比。

【實驗原理】

放在變化磁場中的導體，若導體是斷開的，導體中自由移動的電子就會定向移動，使斷開處兩端積累正、負電荷而產生電勢差，此電動勢被稱為感應電動勢或感生電動勢，若將此導體閉合成一回路，則該電動勢會驅使電子定向移動，形成感應電流。

【原實驗】

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

圖一

【評價】這個實驗不能給人眼前一亮的感覺，當老師提出為什么燈泡會發光時，同學們基本能猜出是變壓器的原因。再一個，感應燈線圈插入鐵芯時，會出現視覺死角。而恰若此時燈泡一閃。學生會疑惑燈泡線圈和變壓器瞬間接通才發出亮光。

改進思路：學生看不到變壓器，燈泡還能發光。

【改進后實驗】

如圖2，做一個剛好罩住變壓器的紙盒，罩住變壓器。自制一個發光二極管的感應線圈代替感應燈泡線圈。接通電源后，手持發光二極管線圈由紙盒上方慢慢靠近紙盒，會發現二極管開始發光并慢慢變亮。

圖二

【注明】這里選擇用發光二極管是因為感應燈泡線圈在遠離交變磁場的上方很難發光，而發光二極管的功率要遠遠小于普通小燈泡，這也是實驗成功的一個關鍵點。

【評價】當學生看到一個沒有電源的二極管自動發光并且慢慢變亮時非常驚訝，迫不及待想知道這是為什么，學生的積極性完全被調動起來。這時老師再順水推舟揭開罩著變壓器的紙盒，學生恍然大悟原來是變壓器在作怪，可又一想：“發光二極管也沒和變壓器連接為什么還會發光呢？”整個過程由老師的追問變成了因為學生的好奇而產生的疑問，這樣不僅使實驗變得有趣，而且充分排除了不必要的干擾因素，實驗效果非常顯著，學生反映非常好。

【心得體會】

物理的基礎是實驗，生動新奇的課堂實驗能激發學生學習興趣，這樣引入新課效果很好。新穎、有趣的引課，是一節課成功與否的重要部分，所以每位教師都應不斷提高自身素質，根據不同的課選擇恰當的引課方式，從而激發學生興趣，優化課堂教學效果。平淡的演示實驗通過小小的改動就能變成有趣、神秘的魔術，魔術的背后卻隱藏著神奇的物理知識。最大限度地激發學生的好奇心和求知欲是提高教學質量的一大利器。