陶俊+?おお?

“線框穿越磁場(chǎng)”問(wèn)題是電磁感應(yīng)部分的一個(gè)重要習(xí)題類型。主要研究的是線框穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中有無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生、判斷感應(yīng)電流的方向、計(jì)算感應(yīng)電流的大小、研究線框的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況、研究力的做功情況和能量轉(zhuǎn)換情況等。特別是線框穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中判斷感應(yīng)電流的方向問(wèn)題，在高考中頻繁出現(xiàn)。為了增強(qiáng)該問(wèn)題教學(xué)的趣味性，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)趣味教具。

1教具簡(jiǎn)介

如圖1所示，教具由單擺、

發(fā)電線框和顯示燈3個(gè)部分組成。單擺由鐵架臺(tái)和長(zhǎng)木條制成。發(fā)電線框固定在單擺的末端，當(dāng)單擺擺動(dòng)時(shí)，線框在2塊強(qiáng)磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)間來(lái)回穿越，致使線框中的磁通量發(fā)生周期性的改變，產(chǎn)生方向周期性變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。不同顏色的2只發(fā)光二極管，正負(fù)極相反并聯(lián)接在線框的兩個(gè)抽頭上，制成貓頭鷹的眼睛，用以顯示感應(yīng)電流的方向。當(dāng)電流方向向左時(shí)，左邊的綠燈亮，電流方向向右時(shí)，右邊的紅燈亮。

2所需材料

高60 cm的鐵架臺(tái)1個(gè)、十字夾1個(gè)、長(zhǎng)10 cm的螺絲桿（配有2個(gè)螺帽）1根、80 cm×2 cm×08 cm的長(zhǎng)木條1根（廢舊教學(xué)木直尺也可以），

廢舊的裝修用生料帶卷筒（透明最好），直徑043 mm的漆包線100 m，6 cm×4 cm×0.5 cm的磁鐵2塊，10 cm×4 cm×1 cm的小木板2塊，長(zhǎng)8 cm×4 cm×4 cm的小木塊1塊（適當(dāng)大小的廢舊塑料盒也可以），紅綠發(fā)光二極管各1個(gè)，彩色硬紙板若干。

3儀器的制作

（1）如圖1所示，首先用十字夾將螺絲桿固定在鐵架臺(tái)上，在廢舊木直尺的23 cm處打1個(gè)孔，穿在螺絲桿上，并用兩個(gè)螺帽固定，制成單擺。

（2）將漆包線繞在卷筒上（約450圈），兩頭各留約1 m的抽頭，并將線圈用膠帶綁在單擺末端。

（3）將紅綠2個(gè)發(fā)光二極管正負(fù)極相反并聯(lián)在漆包線2根抽頭的末端，并將抽頭固定在長(zhǎng)木條上。用彩色硬紙板將卡通貓頭鷹固定在單擺上端，2個(gè)發(fā)光二極管，作為2只眼睛安裝在貓頭鷹上。

（4）將2塊小木板用膠帶綁在塑料小盒兩端，再將2塊磁鐵分別綁在小木板內(nèi)側(cè)（磁鐵要異名磁極相對(duì)），制成磁鐵門(mén)放在單擺下方。

（5）調(diào)整十字夾的高度、2個(gè)螺母的位置、磁鐵門(mén)的位置，使線圈能在磁鐵門(mén)之間靈活的擺動(dòng)。

4使用方法

（1）確定磁場(chǎng)的方向，將單擺拉開(kāi)適當(dāng)?shù)慕嵌群箪o止釋放，觀察線框進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)2只發(fā)光二極管的發(fā)光情況，從而分析感應(yīng)電流的方向。

（2）將磁場(chǎng)換一個(gè)方向，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，觀察2只發(fā)光二極管的發(fā)光情況，分析感應(yīng)電流的方向。

5注意事項(xiàng)

（1）由于阻力的作用，線框進(jìn)出磁場(chǎng)的速度會(huì)越來(lái)越小，讓學(xué)生注意觀察發(fā)光二極管的亮度如何變化，從而說(shuō)明磁通量變化越慢，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小。

（2）教具不使用時(shí)，應(yīng)將強(qiáng)磁鐵取下，放入專門(mén)的盒子中保管。

（3）在強(qiáng)磁體上貼紙標(biāo)明極性，以確定磁場(chǎng)的方向。

收稿日期：2017-03-17