對新教材中一道探究性實驗題可行性的討論
2007-12-31 00:00:00傅興鋒陳林鋒
物理教學(xué)探討 2007年7期
普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理選修1第1冊(人教版)第58頁“探索者”欄目中有一題為《搖繩能發(fā)電嗎?》的探究性實驗，其內(nèi)容如下：“把一條大約10米長的電線兩端連在一個靈敏電流表的兩個接線柱上，行成閉合電路。兩個同學(xué)迅速搖動電線，可以發(fā)電嗎?簡述你的理由。你認(rèn)為兩個同學(xué)沿哪個方向站立時，搖繩發(fā)電的可能性比較大?試一試?！苯滩牡谋疽怙@然是指兩個同學(xué)沿東西方向站立時搖繩會發(fā)電，但筆者認(rèn)為該實驗的可行性值得商榷，分析如下：
學(xué)校附近地磁場的磁感應(yīng)強度的豎直分量為5×10-5T，學(xué)生搖動導(dǎo)線可以認(rèn)為1s轉(zhuǎn)動2圈，即轉(zhuǎn)動的頻率為2Hz，假設(shè)轉(zhuǎn)動過程中的最大半徑為r=1m，所以切割的最大速度v=ωr=4πm/s。
該實驗可以等效成這樣的物理模型：一根長為8m的導(dǎo)線在勻強磁場中繞某點以4πm/s的速度做勻速圓周運動(如圖1所示)，磁感應(yīng)強度為5×10-5T，其產(chǎn)生了正弦式交變電流的最大值為：
Em=Blv=5×10-5×8×2π×2V=5×10-3V。
所以其感應(yīng)電動勢的有效值為E=
=3．6×10-3V，由于實際切割磁感線的導(dǎo)線長度并沒有這么長，所以實際產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢應(yīng)小于3．6×10-3V。而這樣的低電壓一般中學(xué)實驗室所能提供的電壓表是測不出來的。按照教材中所講的用靈敏電流計去檢測感應(yīng)電流，50μA的靈敏電流計內(nèi)阻大概為1．6kΩ左右，若不考慮導(dǎo)線的阻值，計算得到的感應(yīng)電流為2μA左右，這么小的電流一般中學(xué)實驗室的電流表是無法檢測到的。
所以該實驗的思想方法是可行的，但由于中學(xué)實驗室條件的限制，在實際的操作中很難得到理想的結(jié)果。
(欄目編輯 鄧 磊)
