“互感”与“自感”两个演示实验的设计

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  “互感”和“自感”现象概念相对比较抽象,尽管它们在电工技术和电子技术中有广泛的应用,但学生对相关知识的了解却很有限,对教材(人教版高中物理选修3-2)中提到的一些应用实例如“收音机”、“自感电动势烧蚀开关”等知识知之甚少,为了加强学生的感性认识,将抽象的概念具体化,体现从“从生活走向物理,从物理走向生活”的教学理念,笔者设计了两个课堂演示实验,它们操作简单,现象明显,说理清楚,趣味性强,对课堂教学能起到很好的辅助作用,兹介绍如下.
  演示实验 一:“互感”现象的应用——制作简单的收音机
  为了介绍“互感”现象的应用,教材例举了“收音机”的例子,如图1所示为教材的插图,很明显这个例子及其所配的插图存在以下不足:首先是插图的可视性差,学生难以抓住观察重点;再者是“收音机”这种电子产品,远离学生生活,学生知道有这个东西,但使用少,相对陌生;还有就是即便手边有收音机,有打开看看的好奇心和“研究能力”的“熊孩子”越来越少,这一不足,可以通过设计、制作、使用如下的演示实验来弥补.
  【器材】:大线圈一个(500~1000匝);小线圈一个(约100匝);软铁棒一根(粗细能插入小线圈);有源音箱(带原配信号线一根)一个;导线四根.
  【制作】:1.将有源音箱的信号线在中间位置裁成两段,取前半段,在剪裁端剖出两根芯线,分别与小线圈的两接线柱相接(使小线圈能连接耳机插孔).
  2.将有源音箱的信号线裁下的后半段,在剪裁端剖出两根芯线,分别接大线圈的两接线柱(即大线圈与音箱组成一个回路).
  3.组装、连接如图2所示.
  【操作】1.将电脑(或MP3、手机等)放出音乐;
  2.将信号线插头插入电脑(或MP3等)的耳机接口(即将小线圈接声源).
  3.将大线圈(通过后半段信号线)接入有源音箱的音频接口,并打开音箱电源;
  4.并将小线圈插入大线圈中,音箱开始播放电脑(或MP3、手机等)音乐,这就是个简单的收音机.
  5.调节音量旋钮,将音量调到合适.
  【阐释的问题】:一个线圈的电流变化时,它所产生的变化磁场会在另一个线圈中产生感应电动势.利用“互感”现象,可以将能量传递到另一个线圈,因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用.
  演示实验二:“自感”现象的危害——断开开关
  电火花点燃小火炬:为介绍“自感”现象的危害,教材例举了“自感电动势烧蚀开关”的例子,如图3所示为教材的插图,显然它也有明显的不足之处:一是真实实验有困难(不少学校的实验室不具备实验条件,高级中学很少有学校配备工程技术类实验器材.),二是实际的实验操作有一定危险性,所以模拟实验是最理想的解决之策.
  【器材】:线圈一个(约1000匝),导线6根,开关一个,小灯泡(额定电压2.5 V)一个,电池盒一个,干电池4~6节,镊子一把,脱脂棉少许,打火机油少许.
  【制作】:1.如图4所示,将线圈、小灯泡、开关串联.
  2.将电源接入电路.
  【操作】:1.閉合开关,小灯泡发光,显示电路完好.
  2.手持线圈与小灯泡间的导线,松动导线与线圈的接线柱,做连续通断的动作,模拟开关通断,观察接线柱处有电火花放出.
  3.用摄子取少量脱脂棉,滴上少许打火机油,做成小火炬,靠近连续通断的接线柱处.
  4.重复操作步骤2,电火花将小火炬点燃.
  【阐释的问题】:
  1.在变压器、电动机等设备中有匝数很多的线圈,当电路开关断开时会产生很大的自感电动势,使得开关中的金属片之间产生电火花,烧蚀接触点,甚至引起人身伤害.
  2.提醒学生在易燃易爆的环境的环境中,正确用电,合理避险,如遇室内燃气泄漏,应立即打开门窗通风,迅速离开现场,切勿动任何电器开关!
  以上两个演示实验,都是根据相关知识,针对教学内容设计,可以弥补教材不足,活跃课堂气氛,引起学生学习兴趣,效果震憾,体验真切,说理清楚,激发探究精神,感悟实验真谛.当然,如果能将其设计成学生实验,让学生动脑、动手,教学效果可能会更好一些.
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