電磁感應演示儀的設計與制作

朱力強 楊正波

(湖北文理學院物理與電子工程學院，湖北 襄陽 441053)

電磁感應演示儀的設計與制作

朱力強 楊正波

(湖北文理學院物理與電子工程學院，湖北 襄陽 441053)

介紹了一種簡易電磁感應演示儀的設計與制作方法,以音樂的形式演示電磁感應現象,具有現象明顯、直觀性好、趣味性強的優點,既有利于激發學生的學習興趣,又對幫助學生理解電磁感應現象非常有益．

電磁感應;演示儀;設計與制作

電磁感應揭示了電和磁的聯系,是中學物理的重要內容之一．由于磁場看不見摸不著,所以內容比較抽象,初學者難以直觀理解．傳統的實驗方案是利用條形永磁體、螺線管、電流計等組合電路,通過插拔條形永磁體觀察電流計指針偏轉情況來演示電磁感應現象的,實驗現象比較枯燥．本文介紹一種利用木板、琴弦、磁鐵和音箱制作的簡易電磁感應演示儀,通過撥動琴弦振動改變閉合線圈面積,從而改變線圈的磁通量產生感應電流,然后經音箱內置功放后播放出來,以音樂的形式生動形象地演示電磁感應現象．

1 儀器結構及各部件功能

如圖1所示,是電磁感應演示儀的實物圖．本演示儀由底座、琴弦、導線、磁鐵、音箱等組成．底座由長木板制作而成,正面通過接線柱固定琴弦和導線,與連接音箱的導線組合成閉合線圈;磁鐵選用長條形釹鐵硼永磁鐵,提供恒定強磁場,使琴弦振動時穿過閉合線圈的磁通量發生變化,從而產生感應電流;琴弦選用二胡專用弦線,演示時用手撥動琴弦,使其在平行于底座的平面內振動,導致閉合線圈的面積隨振動變化;音階是用竹筷截段固定在底座上,演示時將琴弦按在不同的音階上,改變琴弦振動部分的長度,從而改變琴弦振動頻率．

圖1 電磁感應演示儀

2 儀器的設計與制作

如圖2所示,是電磁感應演示儀的設計圖．具體制作過程如下.

圖2 電磁感應演示儀的設計圖

2.1 底座的制作

截取長800 mm寬150 mm的木板作為底座,并在其4個角鉆孔,以便后續固定接線柱,然后用彩色包裝紙將底座包裝好使其更美觀．

2.2 琴弦和導線的固定

用接線柱將一根二胡弦線固定在底座上,注意盡量將琴弦繃緊,以免影響演示效果．再將導線固定在底座上,確保和琴弦接觸良好．

2.3 音階的固定

將一次性竹筷子截取30 mm長的3段,放在琴弦正下方不同的位置,撥動琴弦尋找特殊頻率的位置并用螺絲釘固定在底座上．3個音階位置不同,按住后可振動的琴弦長度就不同,從而產生不同頻率的聲音．

2.4 磁鐵的固定

選用長條形釹鐵硼強力永磁鐵,放置在底座上不同的位置,撥動琴弦確定最佳演示效果的位置,然后在選定位置的底座上固定兩個螺絲釘,放上磁鐵即可．

2.5 音箱的選取

為了使演示效果更好,建議選擇大功率的音響．將音箱的音頻線插頭插入音響,另一端的兩根導線分別連接到底座的接線柱．演示時注意調節音箱的音量和混響旋鈕,使得產生的音樂效果最佳．

3 實驗過程及原理

(1) 連接好線路,打開音箱電源開關,調節音量和混響旋鈕．

(2) 電磁感應現象演示.將磁鐵固定在底座上的兩個螺絲釘處,撥動琴弦,使琴弦和導線組成的閉合回路面積隨琴弦的振動而發生變化,導致通過閉合回路的磁通量也隨琴弦的振動而變化,從而產生感應電流．感應電流再經音箱功率放大后驅動揚聲器轉化成聲音．由于閉合回路面積變化的頻率和琴弦振動頻率相同,所以感應電流的頻率也和琴弦振動頻率相同．演示時,按住不同的音階,就可以產生不同頻率的聲音,從而實現以音樂的形式演示電磁感應現象．

(3) 移走磁鐵,撥動琴弦,音箱不發出聲音,說明音箱中的聲音不是由于琴弦振動產生的,而是由于磁鐵引起的閉合回路磁通量變化產生的．并不斷地放入、移走磁鐵,聆聽聲音的變化,揭示感應電流產生的原因．

(4) 實驗完畢,關閉音箱的電源．

4 小結

本實驗裝置通過撥動琴弦改變閉合線圈面積,使磁通量改變,從而產生感應電流,經過音箱功率放大后以音樂的形式展示出來,更加形象、生動、有趣地演示電磁感應現象．儀器結構簡單,制作容易,現象明顯．

本文系湖北省教育科學規劃課題“信息化條件下‘大學物理’教學評方式變革研究(2015GB109)”；湖北文理學院教學研究項目“MOOC時代地方高校大學物理‘翻轉課堂’教學模式的研究與實踐”(JY2016046)研究成果.

2017-05-12)