“電磁感應(yīng)”中兩組趣味實(shí)驗(yàn)的制作與應(yīng)用

曹 會(huì)

(江蘇省外國(guó)語(yǔ)學(xué)校,江蘇 蘇州 215104)

電磁感應(yīng)是《物理3-2》的核心內(nèi)容,與生活科技的緊密結(jié)合、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)地位作用等學(xué)科特點(diǎn)在這里體現(xiàn)得淋漓盡致,來(lái)自學(xué)生生活素材的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)是電磁感應(yīng)成功教學(xué)的重要策略.筆者根據(jù)教學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)新開(kāi)發(fā)了兩組趣味實(shí)驗(yàn)裝置,其在教學(xué)中的運(yùn)用引發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲,有效發(fā)展了學(xué)生的物理核心素養(yǎng),謹(jǐn)以此文與大家分享.

1 “妙傳音樂(lè)”演示實(shí)驗(yàn)

圖1 “妙傳音樂(lè)”裝置

1.1 所需器材及裝置(見(jiàn)圖1)

手機(jī)1只，可拆變壓器1臺(tái)，帶3.5 mm插頭的電腦音箱1套，3.5 mm插頭耳機(jī)線一根，帶有鱷魚(yú)夾導(dǎo)線2根.

1.2 制作要點(diǎn)

把3.5 mm插頭耳機(jī)線取其一個(gè)聲道的兩根銅線接入變壓器原線圈0～400匝接線柱,用兩根帶有鱷魚(yú)夾導(dǎo)線一頭分別夾住音箱3.5 mm插頭的最里面和最外面的金屬部分,導(dǎo)線另外一頭接入變壓器副線圈0～800匝接線柱.

1.3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

此實(shí)驗(yàn)取材簡(jiǎn)便,能夠運(yùn)用在多個(gè)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中,運(yùn)用原副線圈互感原理傳輸音樂(lè),直接對(duì)學(xué)生形成聽(tīng)覺(jué)上刺激具有很強(qiáng)的感染力,兩個(gè)線圈沒(méi)有直接接觸就可傳遞音樂(lè),對(duì)學(xué)生形成認(rèn)知沖突,容易激發(fā)學(xué)生探究欲望.

1.4 實(shí)驗(yàn)操作及應(yīng)用

(1) 接通音箱電源,手機(jī)播放音樂(lè),把音箱3.5 mm插頭接入手機(jī),實(shí)現(xiàn)常規(guī)意義上的接線傳輸音樂(lè).

(2) 手機(jī)播放音樂(lè),運(yùn)用音頻傳輸線把手機(jī)與原線圈相連,運(yùn)用導(dǎo)線把音箱與副線圈相連,兩線圈靠近即可實(shí)現(xiàn)音樂(lè)傳遞,放入鐵芯,閉合鐵芯,音樂(lè)信號(hào)傳遞效率明顯增強(qiáng).

(3) 本實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中可在3處使用.其一,可作為“感應(yīng)電流”產(chǎn)生條件的引入實(shí)驗(yàn),[1]原副線圈之間發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,但與初中“切割理論”形成認(rèn)知沖突,可以讓學(xué)生形成強(qiáng)烈的探究欲望;其二,可作為“互感現(xiàn)象”的應(yīng)用實(shí)驗(yàn),[2]讓學(xué)生體會(huì)互感原理的強(qiáng)大作用,并初步理解“藍(lán)牙”耳機(jī)的物理原理;其三,可作為“變壓器”是否改變電流變化頻率的探究性實(shí)驗(yàn),手機(jī)中音樂(lè)通過(guò)變壓器互感線圈傳輸?shù)揭粝渲?并沒(méi)因接入變壓器而改變音樂(lè)的頻率,具有“千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清,一做實(shí)驗(yàn)就分明”的神奇功效.

2 “無(wú)線充電”演示實(shí)驗(yàn)

圖2 自制無(wú)線充電裝置

2.1 所需器材及裝置(見(jiàn)圖2)

電磁爐1臺(tái)，不銹鋼湯鍋1只，手機(jī)1只，手機(jī)充電線1根，舊的手機(jī)充電器內(nèi)部線路板1只，帶有小燈泡的燈座1只，長(zhǎng)導(dǎo)線1根(約3 m)，一端帶有鱷魚(yú)夾的導(dǎo)線兩根.

圖3 整流器

2.2 制作要點(diǎn)

把長(zhǎng)導(dǎo)線兩端接入燈座兩個(gè)接線柱形成閉合回路,打開(kāi)手機(jī)充電器外殼取出手機(jī)充電器內(nèi)部線路板如圖3所示,挑斷線路板上變壓器輸出端導(dǎo)線,在線路板的變壓器輸出端兩個(gè)針腳處焊接兩根另一端帶有鱷魚(yú)夾的導(dǎo)線,從而制作出交流電變直流電的整流器.

2.3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

此實(shí)驗(yàn)取材簡(jiǎn)便,學(xué)生可在家完成,高度模仿“無(wú)線充電”裝置,緊跟時(shí)代步伐,貼近生活,學(xué)生興趣高.

2.4 實(shí)驗(yàn)操作及應(yīng)用

(1) 把裝有水的不銹鋼湯鍋放在電磁爐黑晶板上,打開(kāi)電源,用長(zhǎng)導(dǎo)線圍著鍋體下半部分繞5圈左右(根據(jù)具體情況而定),發(fā)現(xiàn)小燈泡隨著導(dǎo)線繞制匝數(shù)的增多明顯變亮.本實(shí)驗(yàn)可在教學(xué)中3處使用,其一,可作為“感應(yīng)電流產(chǎn)生條件”的引入實(shí)驗(yàn),電磁爐產(chǎn)生變化磁場(chǎng)引起繞制線圈回路中磁通量變化,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流;其二,可作為“法拉第電磁感應(yīng)定律”的探究實(shí)驗(yàn),隨著繞制線圈匝數(shù)變化、電磁爐加熱擋位(磁場(chǎng)變化的頻率)變化,小燈泡亮度發(fā)生明顯改變,從而得出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)、磁通量變化快慢的定性關(guān)系;其三,可作為“變壓器”的引入實(shí)驗(yàn),電磁爐中加熱線圈即可視為變壓器原線圈,繞制線圈即可視為變壓器副線圈,湯鍋即可視為變壓器中的鐵芯,電磁爐點(diǎn)亮小燈泡,[3]同時(shí)實(shí)現(xiàn)了降壓,從而引入變壓器概念,開(kāi)始逐步構(gòu)建理想變壓器模型得到變壓規(guī)律,最后還可回歸這個(gè)“非理想變壓器”進(jìn)行變壓規(guī)律的應(yīng)用條件解讀.

(2) 把制作好的整流器通過(guò)兩根帶有鱷魚(yú)夾的導(dǎo)線并聯(lián)在小燈泡兩端,通過(guò)手機(jī)充電線接入手機(jī),即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)充電,實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電功能,模仿了當(dāng)下熱門(mén)的手機(jī)無(wú)線充電技術(shù)模型.本實(shí)驗(yàn)可作為“變壓器”知識(shí)的遷移應(yīng)用,即可作為課堂演示實(shí)驗(yàn),又可留作學(xué)生課后興趣制作,實(shí)踐表明會(huì)引發(fā)學(xué)生的積極學(xué)科情感.

物理學(xué)家朱正元教授有句名言“壇壇罐罐當(dāng)儀器,拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”.本文實(shí)驗(yàn)中廢舊充電器、耳機(jī)線均是可以“變廢為寶”的材料,手機(jī)、音箱、電磁爐、導(dǎo)線均是“唾手可得”的器材.這些資源的“拼拼湊湊”進(jìn)行實(shí)驗(yàn),不僅增強(qiáng)了師生的環(huán)保意識(shí),而且有助于形成正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.教師親自動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼呱鷮W(xué)生刻苦鉆研的科學(xué)研究精神,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄空撟C形式能夠培養(yǎng)學(xué)生縝密推理的思維習(xí)慣.類似“妙傳音樂(lè)”、“無(wú)線充電”實(shí)驗(yàn)的制作過(guò)程,筆者嘗試放手給學(xué)生自己做,培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的能力,通過(guò)自制的小實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了科學(xué)規(guī)律,學(xué)生們成就感油然而生,培養(yǎng)了學(xué)習(xí)的興趣,激發(fā)了創(chuàng)新精神,發(fā)展了核心素養(yǎng).而且往往這些實(shí)驗(yàn)的使用能夠巧妙解決教學(xué)中教師碰到的教學(xué)難點(diǎn),幫助學(xué)生認(rèn)知的科學(xué)建構(gòu).