水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型的制作和使用

林登城

演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力、分析問題和解決問題能力的重要手段，為此，初中物理教材中安排了很多演示實(shí)驗(yàn)，但在教材中安排的演示實(shí)驗(yàn)，有的因效果不夠明顯或缺少器材導(dǎo)致很多實(shí)驗(yàn)沒有演示或演示了但很難成功。教師通過自己動(dòng)手制作教具，并在課堂上用自制的教具展開教學(xué)，可使課堂教學(xué)過程生動(dòng)有趣、學(xué)生注意力集中，能使學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象充分觀察，獲得深刻的印象，并能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力。因而我利用一些業(yè)余時(shí)間以廢舊機(jī)械式三相電度表制作了這臺(tái)水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型，通過課堂教學(xué)的嘗試使用發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果良好，下面我就對(duì)這一教具的制作和使用做一些簡單的介紹。

一、材料準(zhǔn)備

木板1（長30cm，寬22cm，厚2cm）一塊、木板2（長23cm，寬17cm，厚2cm）一塊、閥門一只、長約1m的橡膠管一段、舊自行車輪胎氣門嘴一個(gè)、雙色發(fā)光二極管（正向電流通過二極管時(shí)發(fā)紅光，反向電流通過二極管時(shí)發(fā)綠光）一只、導(dǎo)線若干、花生油塑料空瓶兩只、舊三相機(jī)械電度表一只、紅綠藍(lán)噴漆各一瓶等。

二、制作方法

（1）將兩塊木板用鐵釘釘成“丁字形”，噴上綠漆，作為演示板。

（2）拆開三相電度表（如圖1），取出電度表的內(nèi)芯，卸下三個(gè)電壓線圈、兩個(gè)鋁盤（含銅軸）及其中的兩對(duì)磁鐵待用，將其他無關(guān)元件去除。

（3）用鋁盤制成水輪機(jī)，方法是在鋁盤上均勻畫出夾角為30度的6條直徑，并以鋁盤的中點(diǎn)為圓心畫一半徑為鋁盤半徑的二分之一的小圓，在6條直徑和小圓周交點(diǎn)處鉆出12個(gè)直徑為5mm的圓孔（如圖2），用剪刀沿虛線把鋁盤剪成12個(gè)小扇形片，將每一片都按同一方向扭轉(zhuǎn)40度角，制成水輪機(jī)的葉輪（如圖3），然后把葉輪新裝回銅軸上。

（4）再把三相電度表內(nèi)的阻尼磁鐵切成兩半，并用熱熔膠槍把磁鐵固定在銅軸上（如圖4），成為能跟著銅軸旋轉(zhuǎn)的磁鐵（相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子）。

（5）將鋁框的多余部分用鐵鋸切割除去，將兩個(gè)線圈用鐵片及螺絲固定在支架上作為發(fā)電機(jī)的定子（如圖5）。

（6）將裝有葉輪、轉(zhuǎn)子的銅軸裝回鋁框支架。將兩個(gè)線圈串聯(lián)，再與發(fā)光二極管連接，這樣就制成了發(fā)電機(jī)（如圖6）。

（7）將制成的發(fā)電機(jī)固定在第1步制成的“丁字形”底座上。

（8）用電鉆在空花生油塑料桶或可樂瓶的底部鉆一個(gè)直徑4mm的小孔，將舊自行車輪胎氣門嘴用螺絲固定在塑料桶上，將橡膠管的一端與塑料桶上的氣門嘴連接好，演示時(shí)模擬發(fā)電站的上游，另一端與閥門連接，再用螺絲和鐵片將閥門固定在演示板上，注意將閥門嘴對(duì)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)的葉輪。

（9）將方形水盆放在發(fā)電機(jī)下面作為承接水的容器，演示時(shí)模擬發(fā)電站的下游（如圖7）。

三、使用方法

（1）演示水的重力熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。在舉高的容器B中裝足水，打開閥門，使水從噴嘴中射出，噴到水輪機(jī)的葉片上，水輪機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)起來，發(fā)光二極管發(fā)光。這表明水的重力熱能已轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，可以推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而做功。如果把容器B的高度降低，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)減慢，發(fā)光二極管亮度減弱，表明高度降低，重力熱能減少，相同時(shí)間里能做的功也較小。

（2）演示交流發(fā)電機(jī)的電流方向是作周期性改變的。在前面演示水的重力熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的實(shí)驗(yàn)中，水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可看到雙色二極管時(shí)而發(fā)紅光，時(shí)而發(fā)綠光，表示通過雙色發(fā)光二極管的電流是在作周期性改變。實(shí)驗(yàn)中可在電路中串聯(lián)一個(gè)靈敏電流表，用手輕輕捻動(dòng)銅軸，可使靈敏電流表做周期性的擺動(dòng)，說明發(fā)電機(jī)輸出的電流是周期性改變的。

（3）演示水力發(fā)電機(jī)（如方法1）。

（4）讓學(xué)生觀察旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的構(gòu)造。可讓學(xué)生觀察該模型的線圈（定子）、磁極（轉(zhuǎn)子）等構(gòu)造。

本教具制作的材料易得，廢物利用，外觀美觀，使用方便，具有趣味性、實(shí)用性，一個(gè)器材可做多種實(shí)驗(yàn)。同行教師與我的多次教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生對(duì)發(fā)電機(jī)及能量的轉(zhuǎn)化過程獲得深刻的印象，取得生動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)，使學(xué)生更好地理解有關(guān)物理概念的規(guī)律，做到快樂教學(xué)，收到良好的教學(xué)效果。endprint