對“自制教具探究電動機中的反電動勢”一文的改進

趙和平

（浙江省象山中學，浙江 寧波 315700）

圖1

反電動勢是高中物理中一個比較抽象的概念.在電路中，反電動勢起到削弱電源產生的電流的作用，學生普遍感覺這一概念及其在電路中的作用比較難理解.《物理教師》2014年第2期刊登的“自制教具探究電動機中的反電動勢”一文給出了一種很好的方法.利用等效的思維方法設計了如圖1所示電路.通過實驗，學生能體會到反電動勢的存在、反電動勢大小的影響因素和反電動勢在電路中的作用，從而能較為透徹地理解這一概念.

1 原文中的實驗過程與現象

（1）按圖1連接電路，斷開開關S，將S1與A相連.

① 閉合開關S，可觀察到小電動機旋轉且轉速由慢到快，小燈泡亮度由強變弱，最后微亮.

② 當電動機轉速穩定后，用手摩擦電動機轉輪，使電機轉速由快變慢，可觀察到小燈泡亮度由弱變強.當電機停轉時，燈泡亮度最強.

（2）斷開開關S，將S1與B相連.

① 閉合開關S，將開關S2與C端相連，使電源E2接入電路中，可觀察到小燈泡L微亮.調節可調電阻R1，使小燈泡L微亮程度與電動機達到最高轉速時的微亮程度接近，此時接入電路中的E2、R1等效于高速轉動時的電動機M的作用.

② 開關S仍閉合，將開關S2與D端相連，使電阻R2接入電路中，調節R2使小燈泡與電機M停轉時亮度相同，此時接入電路中的R2等效于電動機M停止轉動時電機線圈的電阻.

2 對原文兩處的商討

（1）原文中第（1）步中① 步操作可以看出電動機的反電動勢與電機轉動快慢有關，轉動越快，反電動勢越大.但在第（2）步① 步中E2為兩節廢玩具遙控小車中的充電電池，學生知道這樣的電池電動勢基本不變，作者調節可變電阻R1，達到小燈泡的亮度與S1接A時亮度相同.根據閉合電路歐姆定律得

這兩步的操作小燈泡亮度接近，說明流過小燈泡的電流相等，但電流相等不一定說明電源E2的電動勢等于電動機的反電動勢，同時，R1也不一定等于電動機的靜態電阻.所以，這樣比較容易使學生產生電動機的反電動勢不變的誤解.

（2）原文實驗采用的是等效替代的思想，其效果用小燈泡的亮度來表示.雖然這樣操作形象生動，但小燈泡的亮暗程度是否相同難以準確判斷，過于粗糙.

3 幾點建議

圖2

第一，根據上文所述商討點（1），可將E2（充電電池）改為電源為3～12 V的直流電源（可以很方便的地改變電源極性的小變壓器，電子商店中都有賣），同時，要注意選擇一個規格合適的小電動機.實驗時，先測得小電動機的靜態電阻，并調節R1使其等于小電動機的靜態電阻，再調節變壓器，使得S1接A與接B時的電流相等.第二，僅以觀察小燈泡的亮暗程度來確定兩次效果相同不夠精確，為避免此缺點，可給小燈泡串聯一電流表（雙向電流表）.這樣，電阻R2一路存在的意義不大，將其去掉.第三，為能更深刻地反映電動機的反電動勢的存在，可另外并聯一路，如圖2所示.實驗時斷開S，閉合S2，用手搖動電動機，電流表有示數，小燈泡發光，從而說明電路中電動勢的存在即反電動勢.