運(yùn)用生活現(xiàn)象做物理實(shí)驗(yàn)

劉文震

根據(jù)新課程教學(xué)理念，在物理課堂教學(xué)方式上更加注重探究與體驗(yàn)，根據(jù)教材的知識(shí)內(nèi)容，巧妙利用生活中的素材，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力，使概念和規(guī)律在探究中習(xí)得，在動(dòng)手中養(yǎng)成能力，在辨析中完善思維，而“渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)”這一節(jié)的內(nèi)容就為學(xué)生進(jìn)行物理來(lái)源提供了很好的素材。盡管學(xué)生學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中渦流現(xiàn)象也并不陌生，但由于很難從直觀觀察和感受渦流的形成，只停留在教材文本和教師的講述中，為了讓學(xué)生更形象、更直觀地掌握渦流的形成，筆者利用生活中常見(jiàn)的物品，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)了一些小實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用到課堂教學(xué)中，獲得了較好的教學(xué)效果。

用電磁爐引入新課

巧妙利用生活中的一些物品來(lái)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)適合學(xué)生認(rèn)知水平的物理小實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和手段，加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。人教版高中《物理》選修3-2在《電磁感應(yīng)》一章安排了“渦流” 的學(xué)習(xí)，而沒(méi)有設(shè)計(jì)有關(guān)渦流的演示實(shí)驗(yàn)。筆者借助生活中常見(jiàn)的電磁爐，設(shè)計(jì)了利用電磁爐點(diǎn)亮沒(méi)有電源的小燈泡和水中的二極管兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)生興趣。

實(shí)驗(yàn)1：沒(méi)有電池，你能讓燈泡發(fā)光嗎？ 所需材料：電磁爐、小燈泡、節(jié)能燈泡、漆包線。實(shí)驗(yàn)方法：①將漆包線卷成一圈（或者一般的帶塑料絕緣皮的導(dǎo)線也可以），與小燈泡連上。將做好的線圈放到電磁爐上，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，小燈泡就會(huì)每隔數(shù)秒閃爍一次。②將漆包線纏20圈左右，與5瓦的節(jié)能燈泡連接。同樣將做好的線圈放在電磁爐上，也會(huì)與小燈泡相同的閃亮。

實(shí)驗(yàn)2：沒(méi)有電池，你能讓水中的二極管發(fā)光嗎？ 所需材料：二極管、漆包線、帶鐵芯的線圈（實(shí)驗(yàn)室用來(lái)演示電磁感應(yīng)現(xiàn)象的線圈即可）、燒杯。實(shí)驗(yàn)方法：將二極管與纏有20圈左右的線圈連接上。將裸露的金屬部分用防水膠帶纏上，以防止水進(jìn)入。將帶二極管的線圈放入燒杯的水中，將此燒杯置于內(nèi)有鐵芯的線圈上。將此線圈通上20伏左右的交流電，會(huì)看到線圈沉到底部，二極管閃亮。而且如果一會(huì)兒通交流電，一會(huì)兒又?jǐn)嗟簦蜁?huì)看到水中的線圈沉沉浮浮的樣子。

學(xué)生知道電磁爐是在日常生活中經(jīng)常使用到的工具，是利用線圈的感應(yīng)電流來(lái)加熱飯鍋的。但利用這個(gè)感應(yīng)電流點(diǎn)亮小燈泡及節(jié)能燈泡，確是學(xué)生在平時(shí)不曾見(jiàn)到的，可以極大地激發(fā)學(xué)生了解電磁爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的興趣，順利引入所要學(xué)習(xí)的知識(shí)——渦流的形成。

通過(guò)前面點(diǎn)亮小燈泡的實(shí)驗(yàn)得知，導(dǎo)體中有渦流時(shí)會(huì)發(fā)熱，說(shuō)明渦流像其他電流一樣也具有熱效應(yīng)。渦流的熱效應(yīng)在生活、生產(chǎn)中有重要的應(yīng)用，如電磁爐、真空冶煉爐都是利用渦流的熱效應(yīng)來(lái)工作的，筆者借助電磁爐設(shè)計(jì)了一個(gè)加熱鋁箔的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明渦流加熱的特點(diǎn)，效果很明顯。

實(shí)驗(yàn)3：利用電磁爐，加熱鋁箔 所需材料：電磁爐、鋁箔（家庭廚房用的即可）、木筷子。實(shí)驗(yàn)方法：剪一塊鋁箔，用木筷子夾起在電磁爐上晃動(dòng)，就會(huì)看到，鋁箔被加熱后，在某一部分產(chǎn)生火花繼而燃燒起來(lái)的現(xiàn)象。

通過(guò)分析鋁箔的燃燒，可以帶領(lǐng)學(xué)生分析，如何利用或防止渦流的熱效應(yīng)，并進(jìn)而讓學(xué)生猜想：使用電磁爐時(shí)所用的鍋都是鐵質(zhì)或不銹鋼的，不能使用鋁制或銅制的鍋，加深利用學(xué)到的物理知識(shí)解釋生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象的能力。

電磁爐演示電磁阻尼

電磁阻尼現(xiàn)象源于電磁感應(yīng)原理，由于閉合導(dǎo)體所穿透的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這一電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)阻礙兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。電磁阻尼現(xiàn)象廣泛應(yīng)用于需要穩(wěn)定摩擦力以及制動(dòng)力的場(chǎng)合，比如電表、電磁制動(dòng)機(jī)械等，但由于實(shí)驗(yàn)室演示這類現(xiàn)象的儀器比較少，現(xiàn)象不明顯，原理也不易解釋，造成學(xué)生對(duì)電磁阻尼這類實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題理解困難。因此，筆者利用電磁爐設(shè)計(jì)了一個(gè)效果非常顯著的鋁箔懸停的小實(shí)驗(yàn)完全避開(kāi)這些問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)4：利用電磁爐，鋁箔空中懸停。所需材料：電磁爐、鋁箔、圓筒（保鮮膜的芯即可）。實(shí)驗(yàn)方法：把鋁箔切成圓形，中心開(kāi)個(gè)孔。把保鮮膜的芯放在電磁爐的中央。讓鋁箔的孔穿過(guò)保鮮膜的芯，也放在電磁爐上。打開(kāi)電磁爐的開(kāi)關(guān)，鋁箔就會(huì)立即浮起來(lái)，漂浮在半空中。

利用偏轉(zhuǎn)線圈，演示電磁驅(qū)動(dòng)

課本上，電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)是將一個(gè)鋁框放在梯形磁鐵的兩個(gè)磁極間，可以繞固定軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵觀察到鋁框能緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，但實(shí)驗(yàn)效果不明顯，而且缺乏趣味性，對(duì)學(xué)生吸引力不大，筆者借助實(shí)驗(yàn)室淘汰下來(lái)的老式示波管上的偏轉(zhuǎn)線圈，制做了一臺(tái)電磁驅(qū)動(dòng)儀器，實(shí)驗(yàn)儀效果不僅直觀而且比原來(lái)有了顯著改善，同時(shí)可以利用這個(gè)裝置設(shè)計(jì)趣味性很強(qiáng)的電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)5：利用舊電視或?qū)嶒?yàn)室中的老舊示波器中取出的偏轉(zhuǎn)線圈制作旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，讓小鐵球旋轉(zhuǎn)。所需材料：偏轉(zhuǎn)線圈（從廢棄的電視機(jī)上拆卸），電容器（220伏，200微法）、學(xué)生電源、導(dǎo)線、接線柱、小鐵球（直徑1厘米左右的小球），光滑的塑料圓盤。

實(shí)驗(yàn)方法：①裝置組裝，如圖一所示，從廢棄的陰極射線管上，拆下偏轉(zhuǎn)線圈，裝在如花盆形狀的陶瓷罐里，將2個(gè)線圈相對(duì)放置，安裝好。如圖二所示，與其他的材料一起，安裝在長(zhǎng)30厘米左右的正方形板子上，為了抑制線圈發(fā)熱，把交流電壓降至10伏。偏轉(zhuǎn)線圈的2個(gè)線圈即使不動(dòng)，由于微弱的感應(yīng)電阻差的影響，流動(dòng)的電流也會(huì)產(chǎn)生相位差形成轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場(chǎng)，但由于已將此相位差調(diào)為了90度，所以只能給一側(cè)的線圈施加200微法的電容器。用它可以得到頻率為50赫茲的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。同時(shí)旋轉(zhuǎn)的方向是可變的，用導(dǎo)線和接線柱與另一側(cè)的線圈連接，就能使極性發(fā)生逆轉(zhuǎn)。②在偏轉(zhuǎn)線圈的上面放置光滑的塑料圓盤，往盤中放入小鐵球，就可以觀察小鐵球發(fā)生旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然為了吸引學(xué)生的注意力也可以在圓盤上放置其他一些金屬物，在金屬物上粘貼卡通圖片，觀察它們的旋轉(zhuǎn)。

綜上所述，在物理教學(xué)中如果能利用生活中常見(jiàn)的物品，設(shè)計(jì)出效果明顯、操作簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也能活躍課堂氣氛，讓學(xué)生知道物理來(lái)自生活。