電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗改進(jìn)

陳顯灶（北京師范大學(xué)廈門海滄附屬學(xué)校，福建 廈門）

一、實驗?zāi)康?/h2>

1.探究影響感應(yīng)電流方向的因素；2.知道電磁感應(yīng)中電能的轉(zhuǎn)化；3.培養(yǎng)實驗探究的技能；4.通過實驗探究，知道導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；5.經(jīng)歷科學(xué)探究中的交流合作過程，培養(yǎng)探討問題的興趣習(xí)慣。

二、對教材實驗的思考及改裝

教材中的實驗內(nèi)容：將一根導(dǎo)體的兩端用細(xì)導(dǎo)線懸掛起來，并與靈敏電流計、開關(guān)組成串聯(lián)閉合電路。將導(dǎo)體放在U型磁體的磁場中，探究導(dǎo)體在磁場中怎樣運(yùn)動才能在電路中產(chǎn)生電流，并探究影響感應(yīng)電流方向的因素。

存在的不足：教材中提供的實驗方案，主要是通過觀察靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)來確定是否產(chǎn)生感應(yīng)電流和判定電流方向。在實際的演示過程中，靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)角度較小，效果非常不明顯，而且后排同學(xué)也看不清楚電流計指針的變化。演示效果不明顯主要有三方面的原因：1.實驗中是用單匝導(dǎo)線做切割磁感線運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電流過小。2.實驗中蹄形磁鐵的磁性太弱，導(dǎo)致效果不明顯。3.使用靈敏電流計可視性較差，不易觀察。

改進(jìn)的思考：針對存在的問題，現(xiàn)對實驗進(jìn)行了改進(jìn)。1.使用多匝導(dǎo)線代替單匝導(dǎo)線，做切割磁感線運(yùn)動。2.在蹄形磁體的兩極處添加兩塊強(qiáng)磁，以增強(qiáng)磁鐵的磁性。3.利用發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦?，設(shè)計出顯示儀器代替靈敏電流計，使實驗效果明顯，可視性好。設(shè)計電路如圖所示：

實驗中，將靈敏電流計用兩種不同的發(fā)光二極管（LED）代替，通過觀察燈是否發(fā)光來判斷是否有電流產(chǎn)生以及電流的方向。實驗中規(guī)定，紅燈亮代表有正向電流通過，此時與之并聯(lián)的反方向的綠燈將不亮。反之，綠燈亮紅燈不亮。因此，可以通過紅綠兩種不同顏色的LED燈來顯示電流的方向不同。

三、實驗方法

主要是轉(zhuǎn)換法和控制變量法。

四、教學(xué)過程設(shè)計

1.探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件

根據(jù)實驗的目的和研究對象，需要磁鐵和電線；檢查電路中是否有電流，需要電流表；控制電路必須有開關(guān)。

教科書是為了探索電路而設(shè)計的：一個導(dǎo)體ab懸浮在馬蹄磁鐵的兩極之間，導(dǎo)體的兩端連接在電流表上，為了探索導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電流的條件，我們逐一進(jìn)行了實驗。先用這種裝置進(jìn)行實驗，實驗效果不明顯，后排同學(xué)普遍反應(yīng)看不清楚指針的變化。因此我們用LED燈來代替電流計（LED燈介紹略），并對實驗中的測量裝置部分進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后電路中的電流利用燈光來觀察，實驗現(xiàn)象更加直觀。同時為了增強(qiáng)實驗效果，在U型磁體上加強(qiáng)磁以大大增強(qiáng)磁性，使實驗現(xiàn)象更加明顯。

實驗中，保持磁鐵位置不變，當(dāng)電路閉合，導(dǎo)體ab在磁場中左右或斜著運(yùn)動的條件下，電路中總有一盞LED燈會亮，即產(chǎn)生了磁生電現(xiàn)象，而導(dǎo)體靜止時或在豎直方向上下運(yùn)動時，沒有燈亮。再保持導(dǎo)體棒不動，左右移動磁鐵，電路中有燈亮，上下移動時燈不亮。仔細(xì)分析表明，保持磁鐵位置不變，左右移動或斜著移動時切割磁感線，上下移動或靜止時不切割磁感線，保持導(dǎo)體棒靜止，左右移動磁鐵，也相當(dāng)于導(dǎo)體切割磁感線。

實驗表明，當(dāng)閉合電路的導(dǎo)體的一部分在磁場中運(yùn)動時，導(dǎo)體中會產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)，所產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。

2.探討影響感應(yīng)電流方向的因素

使上述實驗裝置保持不變，反復(fù)改變磁場的方向或改變導(dǎo)體在磁場中的方向，紅綠燈的發(fā)光情況也會相應(yīng)改變，說明電路中感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化。當(dāng)保持蹄形磁鐵上面S極時，導(dǎo)體棒左移，紅燈亮，右移，綠燈亮，說明感應(yīng)電流方向與導(dǎo)體運(yùn)動方向有關(guān)；而當(dāng)蹄形磁鐵上面N極時，再左移導(dǎo)體棒，綠燈亮，與此前上面S極時左移導(dǎo)體棒的現(xiàn)象不同，感應(yīng)電流的方向也與磁感應(yīng)線的方向有關(guān)。由此得出，導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體的運(yùn)動方向和磁感線的方向有關(guān)。

3.討論電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，導(dǎo)體做切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動，外力做功。它消耗機(jī)械能量并獲得電能。因此，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，實現(xiàn)了機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換。

4.理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的注意事項

首先，需要注意的是電路必須是“閉合的”。如果不閉合，即使導(dǎo)體在磁場中移動，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。

第二，注意磁場中的導(dǎo)體是電路的“一部分”，而不是整個電路。如果電路都在磁場中，情況就復(fù)雜多了。這就超出了初中物理所探討的范圍。

第三，注意“切割磁感線”的運(yùn)動。如果部分閉合電路在磁場中沿與磁感應(yīng)線平行的方向移動，則不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。

五、教學(xué)反思

本次實驗通過對測量電路進(jìn)行改進(jìn)，借助LED燈及其單向?qū)щ娞匦?，使實驗現(xiàn)象更加直觀，同時在U型磁體上加強(qiáng)磁以增強(qiáng)磁性，使現(xiàn)象更明顯，課堂效果較好。但在實驗過程中由于空間色彩的干擾，加上本實驗的快速性，使得有時現(xiàn)象較混亂，因此，可以在LED燈旁增加白色背景，增強(qiáng)實驗效果；用5盞LED燈并聯(lián)組成箭頭形狀，使實驗現(xiàn)象更直觀，亮度更高，效果更明顯。