水力、風力發電機模型的制作和使用

林登城

演示實驗是物理教學的基礎，是激發學生學習興趣，培養學生觀察能力、思維能力、分析問題和解決問題能力的重要手段，為此，初中物理教材中安排了很多演示實驗，但在教材中安排的演示實驗，有的因效果不夠明顯或缺少器材導致很多實驗沒有演示或演示了但很難成功。教師通過自己動手制作教具，并在課堂上用自制的教具展開教學，可使課堂教學過程生動有趣、學生注意力集中，能使學生對物理現象充分觀察，獲得深刻的印象，并能培養學生的動手能力和創造能力。因而我利用一些業余時間以廢舊機械式三相電度表制作了這臺水力、風力發電機模型，通過課堂教學的嘗試使用發現教學效果良好，下面我就對這一教具的制作和使用做一些簡單的介紹。

一、材料準備

木板1（長30cm，寬22cm，厚2cm）一塊、木板2（長23cm，寬17cm，厚2cm）一塊、閥門一只、長約1m的橡膠管一段、舊自行車輪胎氣門嘴一個、雙色發光二極管（正向電流通過二極管時發紅光，反向電流通過二極管時發綠光）一只、導線若干、花生油塑料空瓶兩只、舊三相機械電度表一只、紅綠藍噴漆各一瓶等。

二、制作方法

（1）將兩塊木板用鐵釘釘成“丁字形”，噴上綠漆，作為演示板。

（2）拆開三相電度表（如圖1），取出電度表的內芯，卸下三個電壓線圈、兩個鋁盤（含銅軸）及其中的兩對磁鐵待用，將其他無關元件去除。

（3）用鋁盤制成水輪機，方法是在鋁盤上均勻畫出夾角為30度的6條直徑，并以鋁盤的中點為圓心畫一半徑為鋁盤半徑的二分之一的小圓，在6條直徑和小圓周交點處鉆出12個直徑為5mm的圓孔（如圖2），用剪刀沿虛線把鋁盤剪成12個小扇形片，將每一片都按同一方向扭轉40度角，制成水輪機的葉輪（如圖3），然后把葉輪新裝回銅軸上。

（4）再把三相電度表內的阻尼磁鐵切成兩半，并用熱熔膠槍把磁鐵固定在銅軸上（如圖4），成為能跟著銅軸旋轉的磁鐵（相當于發電機的轉子）。

（5）將鋁框的多余部分用鐵鋸切割除去，將兩個線圈用鐵片及螺絲固定在支架上作為發電機的定子（如圖5）。

（6）將裝有葉輪、轉子的銅軸裝回鋁框支架。將兩個線圈串聯，再與發光二極管連接，這樣就制成了發電機（如圖6）。

（7）將制成的發電機固定在第1步制成的“丁字形”底座上。

（8）用電鉆在空花生油塑料桶或可樂瓶的底部鉆一個直徑4mm的小孔，將舊自行車輪胎氣門嘴用螺絲固定在塑料桶上，將橡膠管的一端與塑料桶上的氣門嘴連接好，演示時模擬發電站的上游，另一端與閥門連接，再用螺絲和鐵片將閥門固定在演示板上，注意將閥門嘴對準發電機的葉輪。

（9）將方形水盆放在發電機下面作為承接水的容器，演示時模擬發電站的下游（如圖7）。

三、使用方法

（1）演示水的重力熱能轉化為動能。在舉高的容器B中裝足水，打開閥門，使水從噴嘴中射出，噴到水輪機的葉片上，水輪機就轉動起來，發光二極管發光。這表明水的重力熱能已轉化為動能，可以推動水輪機轉動而做功。如果把容器B的高度降低，水輪機轉動減慢，發光二極管亮度減弱，表明高度降低，重力熱能減少，相同時間里能做的功也較小。

（2）演示交流發電機的電流方向是作周期性改變的。在前面演示水的重力熱能轉化為動能的實驗中，水輪機轉動時可看到雙色二極管時而發紅光，時而發綠光，表示通過雙色發光二極管的電流是在作周期性改變。實驗中可在電路中串聯一個靈敏電流表，用手輕輕捻動銅軸，可使靈敏電流表做周期性的擺動，說明發電機輸出的電流是周期性改變的。

（3）演示水力發電機（如方法1）。

（4）讓學生觀察旋轉磁極式發電機的構造。可讓學生觀察該模型的線圈（定子）、磁極（轉子）等構造。

本教具制作的材料易得，廢物利用，外觀美觀，使用方便，具有趣味性、實用性，一個器材可做多種實驗。同行教師與我的多次教學實踐，使學生對發電機及能量的轉化過程獲得深刻的印象，取得生動的感性認識，使學生更好地理解有關物理概念的規律，做到快樂教學，收到良好的教學效果。endprint