拓展教材貼近生活巧用實驗增強趣味

摘要：“探究感應電流的產生條件”教學過程中，在完成教材中的實驗后，圍繞教學目標補充“無線充電”“無線傳聲”和“自制電吉他”三個實驗，既緊扣產生感應電流條件中的“變化”二字，又突出了物理的應用性和趣味性，能起到很好的教學效果。

關鍵詞：電磁感應；磁通量變化；無線充電；無線傳聲；電吉它

物理是以實驗為基礎的學科，物理教學也要突出物理實驗的作用。中學物理教學過程中除了要做好教材中的演示實驗和分組實驗外，根據教學實際開發一些拓展性實驗也是有益的。人教版物理教材3-2第四章第二節“探究感應電流的產生條件”教學過程中，在完成教材中的實驗后，圍繞教學目標補充“無線充電”“無線傳聲”和“自制電吉他”三個實驗，既緊扣產生感應電流條件中的“變化”二字，又突出了物理的應用性和趣味性，能起到很好的教學效果。

一、 無線充電

目前無線充電在一些電器上已經開始使用，如部分品牌手機、智能手表、電動牙刷等。無線充電是利用交流電產生變化的磁場，使感應線圈中磁通量發生變化產生感應電流，通過電路轉換成直流電流入鋰電池。圖1是利用電動牙刷的充電底座做的實驗，線圈用漆包線繞50匝左右，直徑約4cm，線圈末端接兩只發光二極管。當線圈逐漸靠近充電底座時，二極管逐漸變亮，放在底座上亮度最高。該實驗利用了電動牙刷充電底座產生的變化磁場使感應線圈中產生感應電流，效果明顯，可以作為新課引入，比電磁爐方便。

在總結歸納出感應電流產生條件后還可以將該實驗再做進一步分析，除了分析無線充電原理外，可以讓學生思考如果充電底座中的勵磁線圈接上恒定電流，怎樣使感應線圈獲得電流？如圖2。學生往往會提出可以通過不停地通斷勵磁線圈中電流的方法來實現，這是可行的。事實上無線充電手機在進行充電時，從充電頭流向充電底座的電流是恒定電流（即普通USB端口的電流），在底座中有特殊電路將恒定電流轉換成高頻交流電，從而獲得變化的磁場，讓感應線圈中磁通量發生變化產生感應電流。

二、 無線傳聲

如圖3，無線傳聲是很多老師喜歡做的實驗，這個實驗利用實驗室普通的線圈，將音樂“隔空”傳遞到音箱，學生感到很意外，課堂氣氛非常好。該實驗的關鍵是副線圈（即大線圈）必須接在音箱的話筒MIC接口，而非音頻AUX接口，否則聲音會很小或者聽不到聲音。當把手機音量調到最大時，原線圈不必放入副線圈內部，在距離副線圈10cm左右音箱就會有較大聲音。來回調整原副線圈的距離，音箱聲音會忽大忽小變化。由于手機輸出的音頻電流是帶有聲音信息的變化電流，產生的磁場也是隨聲音信息變化的磁場，副線圈中產生的感應電流同樣會隨聲音信息變化，最終輸入音箱可以發出相應聲音。

這里重點還要突出磁通量的“變化”，因此有必要讓學生對原線圈中電流“變化”有直觀認識，所以可以將手機音頻信號輸入示波器，并且單獨接一個揚聲器，學生一邊聽揚聲器里播放的音樂一邊觀察波形的跳動，便能感受到電流的確在“變化”，如圖4。

通過這個實驗學生體會到變化的電流與磁場除了可以傳遞能量，還可以傳遞信息，加深對所學知識的理解，領悟物理的趣與妙。

三、 自制電吉他

電吉他是科學與藝術結合的產物，磁化的琴弦振動時，引起拾音器線圈中磁通量變化產生感應電流，經過電路放大后傳送到音箱發出聲音。圖5是利用切割磁感線產生感應電流的原理制作的簡易電吉它，它除了能夠展示電磁感應的原理，還真的能夠演奏樂曲，圖6是結構圖。

吉他底板采用測定金屬電阻率實驗所用的底板，長55cm，A、B是一對接線柱，C處接線柱拆除擰入螺絲釘。為使音色盡可能動聽，琴弦選用民謠吉他弦的第二弦（第二細的弦），一端固定于接線柱B，繞過接線柱A后纏在螺絲釘C上，旋轉螺絲釘C可以調整弦的松緊。M、N是兩片厚為0.6cm的窄木片，壓在琴弦下面起到限定琴弦高度和有效長度的作用，相當于琴碼，這里使琴弦長度設定為46cm。磁鐵選用長、寬、厚分別為4.8cm、2.4cm、0.4cm的矩形強磁片，磁極是兩個大的矩形面。磁鐵安裝時先在距離琴碼N13cm處安裝一條形鐵片，再把磁鐵立著吸在鐵片上，保證磁鐵的大矩形面與琴弦平行，距離琴弦0.4cm，這樣既能使琴弦自由振動，又能產生足夠大的感應電流，且磁鐵可以方便拆裝。

在B、C上連接導線輸入音箱MIC接口，撥動磁鐵附近琴弦，琴弦振動切割磁感線產生感應電流，通過音箱放大發出動聽的聲響。但是單純發出聲音實驗的趣味性還不夠，要能夠像真吉他一樣發出不同音調并且可以演奏音樂，這個實驗才震撼。于是需要給吉他安裝控制音調的“格子”，吉他術語中稱為“音品”，各音品的位置可按如下方法計算得出：

從琴碼M向右第一品P1到M的距離為MP1=MN17.817=2.58cm

第二品P2到第一品P1的距離為P1P2=P1N17.817=2.44cm

以此類推，第Pk品到第Pk-1品的距離為Pk-1Pk=Pk-1N17.817

標記琴碼位置時為了防止移動刻度尺帶來的誤差，可以轉化成每一個音品到琴碼M的距離，用一把長一點的刻度尺一次性測量并標注。音品選用直徑約為0.2cm的木質牙簽制作，將牙簽分成長3cm的小段，用熱熔膠固定在相應位置處，安裝17個音品可以發出從5·到1·之間的各個音，各音品間的音程關系在圖6中已經標明。旋轉螺絲釘C利用校音器校準其中的一個音，則其他音也相應校準，這樣一把具有演奏功能的電吉他就制作完成了。

連接好導線，撥動琴弦，音箱發出聲音，但是所發出的聲音學生未必確信是由于琴弦切割磁感線而產生的，可以先將吸在鐵片上的磁鐵移走再撥動琴弦，發現只有琴弦的微弱聲音，音箱不發聲；一邊撥動琴弦一邊將磁鐵靠近琴弦，音箱中聲音會逐漸變大，通過反復幾次對比就可以充分說明音箱發出的聲音是由于琴弦切割磁感線而產生。然后教師可以先示范一首簡單的曲子如《小星星》，再邀請一兩個學生親手體驗，只要稍有音樂知識的學生都能很快演奏，音樂耳熟能詳，實驗趣味盎然。

利用木板、金屬絲、磁鐵這樣簡單的物品制作電吉他，竟可以演奏出歡快的樂曲，給學生強烈的震撼，不但使學生加深了對所學知識的理解，也讓學生認識到物理是如此貼近生活、如此美妙與精彩！

四、 總結

以上三個拓展性實驗，既緊扣教材中產生感應電流的條件，又突顯了這一規律在日常生活中的應用，真實直觀，效果明顯，課堂上妙趣橫生。在日常教學中多動腦、動手，有很多類似的實驗可以做，這些拓展實驗能讓物理課堂生動起來、豐富起來，給學生留下深刻印象，激發學生學習物理的熱情。

參考文獻：

[1]物理課程教材研究開發中心.物理選修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010：5-7.

[2]武際可.音樂中的科學[M].北京：高等教育出版社，2012：41-51.

作者簡介：王曉娟，江蘇省蘇州市，蘇州大學附屬中學。