“電磁感應”中兩組趣味實驗的制作與應用

曹 會

(江蘇省外國語學校,江蘇 蘇州 215104)

電磁感應是《物理3-2》的核心內容,與生活科技的緊密結合、實驗的基礎地位作用等學科特點在這里體現(xiàn)得淋漓盡致,來自學生生活素材的實驗開發(fā)是電磁感應成功教學的重要策略.筆者根據(jù)教學需要創(chuàng)新開發(fā)了兩組趣味實驗裝置,其在教學中的運用引發(fā)了學生強烈的求知欲,有效發(fā)展了學生的物理核心素養(yǎng),謹以此文與大家分享.

1 “妙傳音樂”演示實驗

圖1 “妙傳音樂”裝置

1.1 所需器材及裝置(見圖1)

手機1只，可拆變壓器1臺，帶3.5 mm插頭的電腦音箱1套，3.5 mm插頭耳機線一根，帶有鱷魚夾導線2根.

1.2 制作要點

把3.5 mm插頭耳機線取其一個聲道的兩根銅線接入變壓器原線圈0～400匝接線柱,用兩根帶有鱷魚夾導線一頭分別夾住音箱3.5 mm插頭的最里面和最外面的金屬部分,導線另外一頭接入變壓器副線圈0～800匝接線柱.

1.3 實驗優(yōu)點

此實驗取材簡便,能夠運用在多個知識點教學中,運用原副線圈互感原理傳輸音樂,直接對學生形成聽覺上刺激具有很強的感染力,兩個線圈沒有直接接觸就可傳遞音樂,對學生形成認知沖突,容易激發(fā)學生探究欲望.

1.4 實驗操作及應用

(1) 接通音箱電源,手機播放音樂,把音箱3.5 mm插頭接入手機,實現(xiàn)常規(guī)意義上的接線傳輸音樂.

(2) 手機播放音樂,運用音頻傳輸線把手機與原線圈相連,運用導線把音箱與副線圈相連,兩線圈靠近即可實現(xiàn)音樂傳遞,放入鐵芯,閉合鐵芯,音樂信號傳遞效率明顯增強.

(3) 本實驗在教學中可在3處使用.其一,可作為“感應電流”產(chǎn)生條件的引入實驗,[1]原副線圈之間發(fā)生電磁感應現(xiàn)象,但與初中“切割理論”形成認知沖突,可以讓學生形成強烈的探究欲望;其二,可作為“互感現(xiàn)象”的應用實驗,[2]讓學生體會互感原理的強大作用,并初步理解“藍牙”耳機的物理原理;其三,可作為“變壓器”是否改變電流變化頻率的探究性實驗,手機中音樂通過變壓器互感線圈傳輸?shù)揭粝渲?并沒因接入變壓器而改變音樂的頻率,具有“千言萬語說不清,一做實驗就分明”的神奇功效.

2 “無線充電”演示實驗

圖2 自制無線充電裝置

2.1 所需器材及裝置(見圖2)

電磁爐1臺，不銹鋼湯鍋1只，手機1只，手機充電線1根，舊的手機充電器內部線路板1只，帶有小燈泡的燈座1只，長導線1根(約3 m)，一端帶有鱷魚夾的導線兩根.

圖3 整流器

2.2 制作要點

把長導線兩端接入燈座兩個接線柱形成閉合回路,打開手機充電器外殼取出手機充電器內部線路板如圖3所示,挑斷線路板上變壓器輸出端導線,在線路板的變壓器輸出端兩個針腳處焊接兩根另一端帶有鱷魚夾的導線,從而制作出交流電變直流電的整流器.

2.3 實驗優(yōu)點

此實驗取材簡便,學生可在家完成,高度模仿“無線充電”裝置,緊跟時代步伐,貼近生活,學生興趣高.

2.4 實驗操作及應用

(1) 把裝有水的不銹鋼湯鍋放在電磁爐黑晶板上,打開電源,用長導線圍著鍋體下半部分繞5圈左右(根據(jù)具體情況而定),發(fā)現(xiàn)小燈泡隨著導線繞制匝數(shù)的增多明顯變亮.本實驗可在教學中3處使用,其一,可作為“感應電流產(chǎn)生條件”的引入實驗,電磁爐產(chǎn)生變化磁場引起繞制線圈回路中磁通量變化,從而產(chǎn)生感應電流;其二,可作為“法拉第電磁感應定律”的探究實驗,隨著繞制線圈匝數(shù)變化、電磁爐加熱擋位(磁場變化的頻率)變化,小燈泡亮度發(fā)生明顯改變,從而得出線圈中感應電動勢與匝數(shù)、磁通量變化快慢的定性關系;其三,可作為“變壓器”的引入實驗,電磁爐中加熱線圈即可視為變壓器原線圈,繞制線圈即可視為變壓器副線圈,湯鍋即可視為變壓器中的鐵芯,電磁爐點亮小燈泡,[3]同時實現(xiàn)了降壓,從而引入變壓器概念,開始逐步構建理想變壓器模型得到變壓規(guī)律,最后還可回歸這個“非理想變壓器”進行變壓規(guī)律的應用條件解讀.

(2) 把制作好的整流器通過兩根帶有鱷魚夾的導線并聯(lián)在小燈泡兩端,通過手機充電線接入手機,即可實現(xiàn)手機充電,實現(xiàn)無線充電功能,模仿了當下熱門的手機無線充電技術模型.本實驗可作為“變壓器”知識的遷移應用,即可作為課堂演示實驗,又可留作學生課后興趣制作,實踐表明會引發(fā)學生的積極學科情感.

物理學家朱正元教授有句名言“壇壇罐罐當儀器,拼拼湊湊做實驗”.本文實驗中廢舊充電器、耳機線均是可以“變廢為寶”的材料,手機、音箱、電磁爐、導線均是“唾手可得”的器材.這些資源的“拼拼湊湊”進行實驗,不僅增強了師生的環(huán)保意識,而且有助于形成正確的科學態(tài)度與責任.教師親自動手設計實驗能夠催生學生刻苦鉆研的科學研究精神,嚴謹?shù)奶骄空撟C形式能夠培養(yǎng)學生縝密推理的思維習慣.類似“妙傳音樂”、“無線充電”實驗的制作過程,筆者嘗試放手給學生自己做,培養(yǎng)了學生動手動腦的能力,通過自制的小實驗發(fā)現(xiàn)了科學規(guī)律,學生們成就感油然而生,培養(yǎng)了學習的興趣,激發(fā)了創(chuàng)新精神,發(fā)展了核心素養(yǎng).而且往往這些實驗的使用能夠巧妙解決教學中教師碰到的教學難點,幫助學生認知的科學建構.