趣味電磁感應現象演示實驗裝置

李碩 馬紹玲 陳增宇 毛明駿 黃宏銳 陳曉莉

【內容摘要】實驗裝置由兩個獨立的電路、條形磁鐵、電磁鐵及塑料管道、螺線管、彈簧等組成。通過電磁鐵控制條形磁鐵，利用電磁感應原理巧妙地將兩個獨立的電路聯系起來，由于彈簧彈力的作用，條形磁鐵上下反復運動，多次產生感應電流。該實驗裝置主要演示趣味電磁感應現象，幫助學生更好地理解電磁感應原理。

【關鍵詞】電磁感應 電磁鐵 實驗裝置

引言

電磁感應是普通高中課程標準實驗教科書選修3-2第一章的內容，是高中物理電磁學部分教學的重點。第二節“探究感應電流的產生條件”，教材首先在初中導線切割磁力線實驗裝置的基礎上演示感應電流的產生條件，讓學生初步認識到電與磁之間是存在聯系的，然后通過原副線圈實驗進一步探究感應電流的產生條件[1]。這種直奔教學主題的教學思路缺少激發學生學習興趣和探究欲望的導入環節。在教學中，老師如能通過趣味性的實驗演示，先激發學生學習興趣和探究欲望，由實驗現象提出探究問題，再圍繞探究問題進行探究學習，這樣的教學能更好地達成教學目標。

一、裝置組成

圖1是裝置的結構示意圖，空間結構是上下兩個平面A、B，四個柱子C起支撐的作用，在兩平面之間還有一根空心的圓管D（外用不透明的紙包裹住），此圓管有兩個作用，除起到掩藏條形磁鐵的作用外還有保證條形磁鐵豎直下落的作用。空心圓柱下面是一個不透明的空心盒子E，里面放置螺線管。在螺線管中放置有彈簧，彈簧的下端固定在下平面上，保證大圓柱、螺線管、彈簧的中心在一條豎直線上。

圖2是上平面電路示意圖，電路由電源E（電壓6V）、開關K、導線、2個小燈泡（額定電壓3v）、電磁鐵組成。其中，兩個小燈泡與電磁鐵并聯。實驗中用電磁鐵控制條形磁鐵的釋放。圖3是下平面電路示意圖，電路由螺線管、導線、發光二極管、靈敏電流計組成閉合回路。實驗中利用電磁感應現象將螺線管用作電源。

二、裝置原理

巧妙地利用電磁感應原理，閉合上面電路開關，在電磁鐵的作用下條形磁鐵懸掛于空心圓管中，此時上回路中的2個小燈泡正常發光，回路中有電流，下面回路中靈敏電流計無偏轉、無電流。

斷開上面電路開關，小燈泡熄滅，電磁鐵磁性消失，條形磁鐵被釋放。條形磁鐵通過塑料管落至下面螺線管中的彈簧上，由于彈力作用，條形磁鐵被彈起，從而條形磁鐵在螺線管中上下往返運動切割磁感線，進而產生多次變化的磁通量，在下面電路中出現方向變化的感應電流，于是檢流計指針左右偏轉。

三、裝置運用

按照實驗裝置圖1，將實驗裝置組裝好，按圖2、圖3連接好上下2個電路，上下電路均布置在木板上。

（1）演示實驗，觀察現象

首先閉合上面電路開關。在電磁鐵的作用下條形磁鐵懸掛于不透明膠管中，小燈泡正常發光，下面回路中靈敏電流計無偏轉、無電流。

然后斷開上面電路中開關。小燈泡熄滅，條形磁鐵被釋放。下面回路的靈敏電流計卻左右偏轉，二極管間接發光。

（2）提出問題，尋找原理

演示完成，學生觀察到實驗現象后，老師及時對整個過程進行分析，針對實驗現象提出問題：下面回路中電流哪兒來的？靈敏電流計指針為什么左右偏轉？

（3）再做實驗，現象揭秘

將包裹空心圓管的有色紙去掉，用另外一根系有細繩的條形磁鐵將空心圓管中的條形磁鐵吸出來，然后重復第（1）步操作。在進行本次實驗操作的過程中，老師應該仔細介紹實驗裝置的“秘密”，讓學生的疑惑得到解答，充分理解電磁感應現象。

結束語

裝置的創新點在于使用彈簧，在彈力的作用下條形磁鐵反復切割磁力線，產生變化的電流，讓檢流計的指針反復左右偏轉，增加實驗的趣味性，也讓實驗現象更加直觀。裝置不但能形象直觀地演示電磁感應的現象，而且可以促進學生對電與磁相互聯系的思考、激發學生學習的興趣，并且裝置成本低、制作簡單、操作簡單、效果明顯、外觀美觀，值得推廣。

【參考文獻】

[1] 人民教育出版社物理課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書 物理（選修3-2）[M] .北京：人民教育出版社，2010.

[2] 蔣達國，孫心瑗，等.用控制變量法探究電磁感應定律的實驗裝置設計[J].井岡山大學學報（自然科學版），2015，36（5）：30-32.

【資助項目：重慶市第七期青少年創新人才培養雛鷹計劃項目“基于創客教育提升中學生核心素養與創新能力的實踐研究”資助. 】

作者簡介：第一作者李碩，西南大學物理科學與技術學院2015級本科學生.通訊作者：陳曉莉，女，重慶市梁平人，副教授，主要從事課程與教學論（物理）.

（作者單位：1.西南大學 物理科學與技術學院；2重慶市朝陽中學校）