趣味电磁感应现象演示实验装置

李硕 马绍玲 陈增宇 毛明骏 黄宏锐 陈晓莉

【内容摘要】实验装置由两个独立的电路、条形磁铁、电磁铁及塑料管道、螺线管、弹簧等组成。通过电磁铁控制条形磁铁，利用电磁感应原理巧妙地将两个独立的电路联系起来，由于弹簧弹力的作用，条形磁铁上下反复运动，多次产生感应电流。该实验装置主要演示趣味电磁感应现象，帮助学生更好地理解电磁感应原理。

【关键词】电磁感应 电磁铁 实验装置

引言

电磁感应是普通高中课程标准实验教科书选修3-2第一章的内容，是高中物理电磁学部分教学的重点。第二节“探究感应电流的产生条件”，教材首先在初中导线切割磁力线实验装置的基础上演示感应电流的产生条件，让学生初步认识到电与磁之间是存在联系的，然后通过原副线圈实验进一步探究感应电流的产生条件[1]。这种直奔教学主题的教学思路缺少激发学生学习兴趣和探究欲望的导入环节。在教学中，老师如能通过趣味性的实验演示，先激发学生学习兴趣和探究欲望，由实验现象提出探究问题，再围绕探究问题进行探究学习，这样的教学能更好地达成教学目标。

一、装置组成

图1是装置的结构示意图，空间结构是上下两个平面A、B，四个柱子C起支撑的作用，在两平面之间还有一根空心的圆管D（外用不透明的纸包裹住），此圆管有两个作用，除起到掩藏条形磁铁的作用外还有保证条形磁铁竖直下落的作用。空心圆柱下面是一个不透明的空心盒子E，里面放置螺线管。在螺线管中放置有弹簧，弹簧的下端固定在下平面上，保证大圆柱、螺线管、弹簧的中心在一条竖直线上。

图2是上平面电路示意图，电路由电源E（电压6V）、开关K、导线、2个小灯泡（额定电压3v）、电磁铁组成。其中，两个小灯泡与电磁铁并联。实验中用电磁铁控制条形磁铁的释放。图3是下平面电路示意图，电路由螺线管、导线、发光二极管、灵敏电流计组成闭合回路。实验中利用电磁感应现象将螺线管用作电源。

二、裝置原理

巧妙地利用电磁感应原理，闭合上面电路开关，在电磁铁的作用下条形磁铁悬挂于空心圆管中，此时上回路中的2个小灯泡正常发光，回路中有电流，下面回路中灵敏电流计无偏转、无电流。

断开上面电路开关，小灯泡熄灭，电磁铁磁性消失，条形磁铁被释放。条形磁铁通过塑料管落至下面螺线管中的弹簧上，由于弹力作用，条形磁铁被弹起，从而条形磁铁在螺线管中上下往返运动切割磁感线，进而产生多次变化的磁通量，在下面电路中出现方向变化的感应电流，于是检流计指针左右偏转。

三、装置运用

按照实验装置图1，将实验装置组装好，按图2、图3连接好上下2个电路，上下电路均布置在木板上。

（1）演示实验，观察现象

首先闭合上面电路开关。在电磁铁的作用下条形磁铁悬挂于不透明胶管中，小灯泡正常发光，下面回路中灵敏电流计无偏转、无电流。

然后断开上面电路中开关。小灯泡熄灭，条形磁铁被释放。下面回路的灵敏电流计却左右偏转，二极管间接发光。

（2）提出问题，寻找原理

演示完成，学生观察到实验现象后，老师及时对整个过程进行分析，针对实验现象提出问题：下面回路中电流哪儿来的？灵敏电流计指针为什么左右偏转？

（3）再做实验，现象揭秘

将包裹空心圆管的有色纸去掉，用另外一根系有细绳的条形磁铁将空心圆管中的条形磁铁吸出来，然后重复第（1）步操作。在进行本次实验操作的过程中，老师应该仔细介绍实验装置的“秘密”，让学生的疑惑得到解答，充分理解电磁感应现象。

结束语

装置的创新点在于使用弹簧，在弹力的作用下条形磁铁反复切割磁力线，产生变化的电流，让检流计的指针反复左右偏转，增加实验的趣味性，也让实验现象更加直观。装置不但能形象直观地演示电磁感应的现象，而且可以促进学生对电与磁相互联系的思考、激发学生学习的兴趣，并且装置成本低、制作简单、操作简单、效果明显、外观美观，值得推广。

【参考文献】

[1] 人民教育出版社物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书 物理（选修3-2）[M] .北京：人民教育出版社，2010.

[2] 蒋达国，孙心瑗，等.用控制变量法探究电磁感应定律的实验装置设计[J].井冈山大学学报（自然科学版），2015，36（5）：30-32.

【资助项目：重庆市第七期青少年创新人才培养雏鹰计划项目“基于创客教育提升中学生核心素养与创新能力的实践研究”资助. 】

作者简介：第一作者李硕，西南大学物理科学与技术学院2015级本科学生.通讯作者：陈晓莉，女，重庆市梁平人，副教授，主要从事课程与教学论（物理）.

（作者单位：1.西南大学 物理科学与技术学院；2重庆市朝阳中学校）