蔺立昌
摘 要:由于高中阶段关于“法拉第电磁感应定律”的定量实验很难做成,因而普通高中课程标准物理实验教科书选修3-2(人教版)是通过几个定性实验,让学生观察磁通量变化的快慢是影响感应电动势大小的主要因素,然后就给出法拉第电磁感应定律。对于多匝问题如何处理,并未设计实验。笔者在此基础上设计实验,巧用示波器,定量探究多匝线圈的感应电动势,从而给出感应电动势的一般表达式。
关键词:示波器;感应电动势;磁通量
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2019)4-0050-2
1 定性探究实验设计
1.1 實验探究一
实验设计:改变导体在磁场中切割磁感线运动的快慢,观察比较感应电流的大小。
设计意图:通过实验探究,使学生在初中实验的基础上,激发探寻闭合线路一部分导体切割磁感线时产生感应电流的动因。
1.2 实验探究二
实验设计:改变磁铁相对于线圈上下运动的快慢,观察比较感应电流的大小。
设计意图:通过实验探究,让学生猜想和推断决定感应电动势大小的因素有哪些。
1.3 实验探究三
实验设计:通过开关与变阻器控制和改变A线圈的通电电流,观察比较B线圈感应电流的大小。以上三个实验的附图可以在高中物理教材上看到。
设计意图:通过实验探究,让学生进一步发现和论证自己的想法,体验过程与方法。
通过以上实验探究,只能定性得出“感应电动势与磁通量的变化率成正比”,即
当线圈匝数为n时,如何得出 ,教科书中并未设计实验。笔者在教学中通过以下实验设计,巧用示波器,定量探究多匝线圈的感应电动势,从而给出感应电动势的一般表达式。
2 补充改进实验设计
2.1 实验设计
如图1所示,将一带铁芯的感应线圈A(实验探究三中的A线圈即可)与滑动变阻器R(0~100 Ω)及开关S等接入学生电源的交流输出端(输出电压控制在0~12 V)。如图2所示,用细而软的绝缘导线在感应线圈上绕3圈后,两端接到示波器的Y输入端。打开示波器,聚焦调节辉度,并使亮点位于示波器屏幕坐标正中央。
2.2 实验探究过程
(1)打开学生电源,闭合开关S,调节学生电源交流输出电压和滑动变阻器阻值,使示波器屏幕显示的纵向亮线约占一格,如图3所示。
(2)断开开关S,不再变动学生电源输出电压和滑动变阻器阻值,在感应线圈上绕6圈后,闭合开关S,示波器屏幕显示如图4所示。
(3)断开开关S,不再变动学生电源输出电压和滑动变阻器阻值,在感应线圈上绕9圈后,闭合开关S,示波器屏幕显示如图5所示。
(4)断开开关S,不再变动学生电源输出电压和滑动变阻器阻值,在感应线圈上绕12圈后,闭合开关S,示波器屏幕显示如图6所示。
2.3 实验结论
结论1:当在感应线圈上绕3匝时,示波器屏幕纵向出现1格亮线;
结论2:当在感应线圈上绕6匝时,示波器屏幕纵向出现2格亮线;
结论3:当在感应线圈上绕9匝时,示波器屏幕纵向出现3格亮线;
结论4:当在感应线圈上绕12匝时,示波器屏幕纵向出现4格亮线。
实验结论:在同样的磁通量变化率下,感应电动势与线圈匝数成正比,最后总结得出
3.1 拓展实验设计
实验设计:如教材中安排,体验“摇绳发电”、研究“电吉他”的发声原理、思考“绳系卫星”切割地磁的方式。
设计目的:使学生能够将所学知识联系生活实际、注重实践探究,关注学生的发展。
3.2 体验探究设计
(1)找一个自发电式手电筒,拆解开,观察并研究是如何发电的?
(2)通过听讲座、看录像或借助网络等活动,了解我国发电种类及现状,尝试设计或自制一种小小直流发电机。
参考文献:
[1]人民教育出版社课程教材研究所,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.
(栏目编辑 王柏庐)
收稿日期:2019-01-02
作者简介:蔺立昌(1968-),男,中学高级教师,主要从事高中物理教学工作及高考物理备考复习研究。宁夏回族自治区骨干教师,宁夏物理学会常务理事。曾获宁夏回族自治区教科研工作先进个人,全国中学物理教学改革创新大赛一等奖等荣誉。