拓展教材貼近生活巧用實驗增強趣味

摘要：“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”教學(xué)過程中，在完成教材中的實驗后，圍繞教學(xué)目標(biāo)補充“無線充電”“無線傳聲”和“自制電吉他”三個實驗，既緊扣產(chǎn)生感應(yīng)電流條件中的“變化”二字，又突出了物理的應(yīng)用性和趣味性，能起到很好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)；磁通量變化；無線充電；無線傳聲；電吉它

物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理教學(xué)也要突出物理實驗的作用。中學(xué)物理教學(xué)過程中除了要做好教材中的演示實驗和分組實驗外，根據(jù)教學(xué)實際開發(fā)一些拓展性實驗也是有益的。人教版物理教材3-2第四章第二節(jié)“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”教學(xué)過程中，在完成教材中的實驗后，圍繞教學(xué)目標(biāo)補充“無線充電”“無線傳聲”和“自制電吉他”三個實驗，既緊扣產(chǎn)生感應(yīng)電流條件中的“變化”二字，又突出了物理的應(yīng)用性和趣味性，能起到很好的教學(xué)效果。

一、 無線充電

目前無線充電在一些電器上已經(jīng)開始使用，如部分品牌手機、智能手表、電動牙刷等。無線充電是利用交流電產(chǎn)生變化的磁場，使感應(yīng)線圈中磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過電路轉(zhuǎn)換成直流電流入鋰電池。圖1是利用電動牙刷的充電底座做的實驗，線圈用漆包線繞50匝左右，直徑約4cm，線圈末端接兩只發(fā)光二極管。當(dāng)線圈逐漸靠近充電底座時，二極管逐漸變亮，放在底座上亮度最高。該實驗利用了電動牙刷充電底座產(chǎn)生的變化磁場使感應(yīng)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，效果明顯，可以作為新課引入，比電磁爐方便。

在總結(jié)歸納出感應(yīng)電流產(chǎn)生條件后還可以將該實驗再做進一步分析，除了分析無線充電原理外，可以讓學(xué)生思考如果充電底座中的勵磁線圈接上恒定電流，怎樣使感應(yīng)線圈獲得電流？如圖2。學(xué)生往往會提出可以通過不停地通斷勵磁線圈中電流的方法來實現(xiàn)，這是可行的。事實上無線充電手機在進行充電時，從充電頭流向充電底座的電流是恒定電流（即普通USB端口的電流），在底座中有特殊電路將恒定電流轉(zhuǎn)換成高頻交流電，從而獲得變化的磁場，讓感應(yīng)線圈中磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電流。

二、 無線傳聲

如圖3，無線傳聲是很多老師喜歡做的實驗，這個實驗利用實驗室普通的線圈，將音樂“隔空”傳遞到音箱，學(xué)生感到很意外，課堂氣氛非常好。該實驗的關(guān)鍵是副線圈（即大線圈）必須接在音箱的話筒MIC接口，而非音頻AUX接口，否則聲音會很小或者聽不到聲音。當(dāng)把手機音量調(diào)到最大時，原線圈不必放入副線圈內(nèi)部，在距離副線圈10cm左右音箱就會有較大聲音。來回調(diào)整原副線圈的距離，音箱聲音會忽大忽小變化。由于手機輸出的音頻電流是帶有聲音信息的變化電流，產(chǎn)生的磁場也是隨聲音信息變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流同樣會隨聲音信息變化，最終輸入音箱可以發(fā)出相應(yīng)聲音。

這里重點還要突出磁通量的“變化”，因此有必要讓學(xué)生對原線圈中電流“變化”有直觀認(rèn)識，所以可以將手機音頻信號輸入示波器，并且單獨接一個揚聲器，學(xué)生一邊聽揚聲器里播放的音樂一邊觀察波形的跳動，便能感受到電流的確在“變化”，如圖4。

通過這個實驗學(xué)生體會到變化的電流與磁場除了可以傳遞能量，還可以傳遞信息，加深對所學(xué)知識的理解，領(lǐng)悟物理的趣與妙。

三、 自制電吉他

電吉他是科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，磁化的琴弦振動時，引起拾音器線圈中磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音。圖5是利用切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的原理制作的簡易電吉它，它除了能夠展示電磁感應(yīng)的原理，還真的能夠演奏樂曲，圖6是結(jié)構(gòu)圖。

吉他底板采用測定金屬電阻率實驗所用的底板，長55cm，A、B是一對接線柱，C處接線柱拆除擰入螺絲釘。為使音色盡可能動聽，琴弦選用民謠吉他弦的第二弦（第二細的弦），一端固定于接線柱B，繞過接線柱A后纏在螺絲釘C上，旋轉(zhuǎn)螺絲釘C可以調(diào)整弦的松緊。M、N是兩片厚為0.6cm的窄木片，壓在琴弦下面起到限定琴弦高度和有效長度的作用，相當(dāng)于琴碼，這里使琴弦長度設(shè)定為46cm。磁鐵選用長、寬、厚分別為4.8cm、2.4cm、0.4cm的矩形強磁片，磁極是兩個大的矩形面。磁鐵安裝時先在距離琴碼N13cm處安裝一條形鐵片，再把磁鐵立著吸在鐵片上，保證磁鐵的大矩形面與琴弦平行，距離琴弦0.4cm，這樣既能使琴弦自由振動，又能產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電流，且磁鐵可以方便拆裝。

在B、C上連接導(dǎo)線輸入音箱MIC接口，撥動磁鐵附近琴弦，琴弦振動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過音箱放大發(fā)出動聽的聲響。但是單純發(fā)出聲音實驗的趣味性還不夠，要能夠像真吉他一樣發(fā)出不同音調(diào)并且可以演奏音樂，這個實驗才震撼。于是需要給吉他安裝控制音調(diào)的“格子”，吉他術(shù)語中稱為“音品”，各音品的位置可按如下方法計算得出：

從琴碼M向右第一品P1到M的距離為MP1=MN17.817=2.58cm

第二品P2到第一品P1的距離為P1P2=P1N17.817=2.44cm

以此類推，第Pk品到第Pk-1品的距離為Pk-1Pk=Pk-1N17.817

標(biāo)記琴碼位置時為了防止移動刻度尺帶來的誤差，可以轉(zhuǎn)化成每一個音品到琴碼M的距離，用一把長一點的刻度尺一次性測量并標(biāo)注。音品選用直徑約為0.2cm的木質(zhì)牙簽制作，將牙簽分成長3cm的小段，用熱熔膠固定在相應(yīng)位置處，安裝17個音品可以發(fā)出從5·到1·之間的各個音，各音品間的音程關(guān)系在圖6中已經(jīng)標(biāo)明。旋轉(zhuǎn)螺絲釘C利用校音器校準(zhǔn)其中的一個音，則其他音也相應(yīng)校準(zhǔn)，這樣一把具有演奏功能的電吉他就制作完成了。

連接好導(dǎo)線，撥動琴弦，音箱發(fā)出聲音，但是所發(fā)出的聲音學(xué)生未必確信是由于琴弦切割磁感線而產(chǎn)生的，可以先將吸在鐵片上的磁鐵移走再撥動琴弦，發(fā)現(xiàn)只有琴弦的微弱聲音，音箱不發(fā)聲；一邊撥動琴弦一邊將磁鐵靠近琴弦，音箱中聲音會逐漸變大，通過反復(fù)幾次對比就可以充分說明音箱發(fā)出的聲音是由于琴弦切割磁感線而產(chǎn)生。然后教師可以先示范一首簡單的曲子如《小星星》，再邀請一兩個學(xué)生親手體驗，只要稍有音樂知識的學(xué)生都能很快演奏，音樂耳熟能詳，實驗趣味盎然。

利用木板、金屬絲、磁鐵這樣簡單的物品制作電吉他，竟可以演奏出歡快的樂曲，給學(xué)生強烈的震撼，不但使學(xué)生加深了對所學(xué)知識的理解，也讓學(xué)生認(rèn)識到物理是如此貼近生活、如此美妙與精彩！

四、 總結(jié)

以上三個拓展性實驗，既緊扣教材中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，又突顯了這一規(guī)律在日常生活中的應(yīng)用，真實直觀，效果明顯，課堂上妙趣橫生。在日常教學(xué)中多動腦、動手，有很多類似的實驗可以做，這些拓展實驗?zāi)茏屛锢碚n堂生動起來、豐富起來，給學(xué)生留下深刻印象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。

參考文獻：

[1]物理課程教材研究開發(fā)中心.物理選修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010：5-7.

[2]武際可.音樂中的科學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2012：41-51.

作者簡介：王曉娟，江蘇省蘇州市，蘇州大學(xué)附屬中學(xué)。