搖繩發電的再設計

朱成相

(陳集中學,江蘇 阜寧 224411)

普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-2(人教版)第4章第2節第 7頁“探究電磁感應的產生條件”中的“做一做”欄目中有一題為“搖繩能發電嗎?”的探究性課后實驗,其內容如下(如圖1):“把一條大約10 m長的電線兩端連在一個靈敏電流表的兩個接線柱上,形成閉合電路.兩個學生迅速搖動電線,可以發電嗎?簡述你的理由.你認為兩個學生沿哪個方向站立時,搖繩發電的可能性比較大?試一試.”本人以室外實測參考數據設計了該實驗.

圖1

1 實驗器材

10～25 m的雙股軟導線(將雙股軟導線的端部絕緣層剝去連接在一起成為并聯)、靈敏電流表(或數字式萬用表)、指南針.

2 實驗步驟

(1)用指南針確定東西方向與南北方向.可以使實驗時東西方向的現象與南北方向的現象的差異盡可能地大一些.

(2)課本中要求用約10 m長的電線兩端連在一個靈敏電流表的兩個接線柱上,可以搖動的長度約為4～5 m,如果搖動的長度為10 m,則導線的總長度可以取20～25 m,這樣實驗現象可以更明顯.

(3)導線長25 m,搖動時兩個人的距離為10 m,被搖動的繩長約15 m,用 300 μ A靈敏電流表,導線沿東西方向,搖動時電流表指針左右擺動最大2～2.5格,且與搖動繩子的速度有關.在導線沿南北方向搖動,電流表最大幅度略小于2格.搖動繩子速度基本相同的情況下,電流表指針擺動的情況與東西方向沒有明顯的差別.如果用數字式萬用表的直流200 mV擋測量,繩子沿東西方向搖動時最大值2.4 mV,南北方向最大值 1.9 mV.

(4)減小導線的長度,最短至1 m時仍可看到指針的擺動.

3 數據處理及驗證

搖動繩子的速度約為每秒2圈,繩子轉動時的幅度約1～1.5 m,數字萬用表電壓擋的輸入阻抗很大,電壓讀數可認為是電動勢.故可估算出地磁場的磁感應強度數值很接近其平均值 5×10-5T.

地磁場的數據資料:地磁場的水平分量(在磁赤道處)為(3～4)×10-5T,地磁場的垂直分量(在南北磁極處)為(6～7)×10-5T,地磁場在地面附近的平均值5×10-5T.

4 結束語

教材在比較詳細地進行了電磁感應產生條件的探究后,恰到好處地提出這樣一道題,特別還提出兩個學生站在哪個方向發電的可能性比較大的問題,貼近學生,容易引起他們的興趣,使學生在學完新知識的同時產生新的問題,帶著新的問題走出課堂,便于學生課后的自主探究,有利于學生課后的發展. (收稿日期:2009-12-05)