朱力强 杨正波

(湖北文理学院物理与电子工程学院，湖北 襄阳 441053)

电磁感应演示仪的设计与制作

朱力强 杨正波

(湖北文理学院物理与电子工程学院，湖北 襄阳 441053)

介绍了一种简易电磁感应演示仪的设计与制作方法,以音乐的形式演示电磁感应现象,具有现象明显、直观性好、趣味性强的优点,既有利于激发学生的学习兴趣,又对帮助学生理解电磁感应现象非常有益．

电磁感应;演示仪;设计与制作

电磁感应揭示了电和磁的联系,是中学物理的重要内容之一．由于磁场看不见摸不着,所以内容比较抽象,初学者难以直观理解．传统的实验方案是利用条形永磁体、螺线管、电流计等组合电路,通过插拔条形永磁体观察电流计指针偏转情况来演示电磁感应现象的,实验现象比较枯燥．本文介绍一种利用木板、琴弦、磁铁和音箱制作的简易电磁感应演示仪,通过拨动琴弦振动改变闭合线圈面积,从而改变线圈的磁通量产生感应电流,然后经音箱内置功放后播放出来,以音乐的形式生动形象地演示电磁感应现象．

1 仪器结构及各部件功能

如图1所示,是电磁感应演示仪的实物图．本演示仪由底座、琴弦、导线、磁铁、音箱等组成．底座由长木板制作而成,正面通过接线柱固定琴弦和导线,与连接音箱的导线组合成闭合线圈;磁铁选用长条形钕铁硼永磁铁,提供恒定强磁场,使琴弦振动时穿过闭合线圈的磁通量发生变化,从而产生感应电流;琴弦选用二胡专用弦线,演示时用手拨动琴弦,使其在平行于底座的平面内振动,导致闭合线圈的面积随振动变化;音阶是用竹筷截段固定在底座上,演示时将琴弦按在不同的音阶上,改变琴弦振动部分的长度,从而改变琴弦振动频率．

图1 电磁感应演示仪

2 仪器的设计与制作

如图2所示,是电磁感应演示仪的设计图．具体制作过程如下.

图2 电磁感应演示仪的设计图

2.1 底座的制作

截取长800 mm宽150 mm的木板作为底座,并在其4个角钻孔,以便后续固定接线柱,然后用彩色包装纸将底座包装好使其更美观．

2.2 琴弦和导线的固定

用接线柱将一根二胡弦线固定在底座上,注意尽量将琴弦绷紧,以免影响演示效果．再将导线固定在底座上,确保和琴弦接触良好．

2.3 音阶的固定

将一次性竹筷子截取30 mm长的3段,放在琴弦正下方不同的位置,拨动琴弦寻找特殊频率的位置并用螺丝钉固定在底座上．3个音阶位置不同,按住后可振动的琴弦长度就不同,从而产生不同频率的声音．

2.4 磁铁的固定

选用长条形钕铁硼强力永磁铁,放置在底座上不同的位置,拨动琴弦确定最佳演示效果的位置,然后在选定位置的底座上固定两个螺丝钉,放上磁铁即可．

2.5 音箱的选取

为了使演示效果更好,建议选择大功率的音响．将音箱的音频线插头插入音响,另一端的两根导线分别连接到底座的接线柱．演示时注意调节音箱的音量和混响旋钮,使得产生的音乐效果最佳．

3 实验过程及原理

(1) 连接好线路,打开音箱电源开关,调节音量和混响旋钮．

(2) 电磁感应现象演示.将磁铁固定在底座上的两个螺丝钉处,拨动琴弦,使琴弦和导线组成的闭合回路面积随琴弦的振动而发生变化,导致通过闭合回路的磁通量也随琴弦的振动而变化,从而产生感应电流．感应电流再经音箱功率放大后驱动扬声器转化成声音．由于闭合回路面积变化的频率和琴弦振动频率相同,所以感应电流的频率也和琴弦振动频率相同．演示时,按住不同的音阶,就可以产生不同频率的声音,从而实现以音乐的形式演示电磁感应现象．

(3) 移走磁铁,拨动琴弦,音箱不发出声音,说明音箱中的声音不是由于琴弦振动产生的,而是由于磁铁引起的闭合回路磁通量变化产生的．并不断地放入、移走磁铁,聆听声音的变化,揭示感应电流产生的原因．

(4) 实验完毕,关闭音箱的电源．

4 小结

本实验装置通过拨动琴弦改变闭合线圈面积,使磁通量改变,从而产生感应电流,经过音箱功率放大后以音乐的形式展示出来,更加形象、生动、有趣地演示电磁感应现象．仪器结构简单,制作容易,现象明显．

本文系湖北省教育科学规划课题“信息化条件下‘大学物理’教学评方式变革研究(2015GB109)”；湖北文理学院教学研究项目“MOOC时代地方高校大学物理‘翻转课堂’教学模式的研究与实践”(JY2016046)研究成果.

2017-05-12)