陈博文 蒋雪茹 周晓林

摘   要：“探究感应电流产生的条件”是最重要的中学物理实验之一，也是连接电学与磁学的桥梁。为了使学生更清晰地观察实验现象，更高效地进行课堂教学，将实验中所需的指针式电流表改为数字电流表。在实验过程中，采用了对比实验，将磁铁棒插入线圈或沿水平轴线移动，指出磁场强度变化并不能产生感应电流，解决学生学习过程中的难点问题。

关键词：高中物理;电磁感应;自制教具

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）1-0047-2

1    自制教具背景

步入高二，学生虽然已经有了很强的逻辑运算能力，但仍然需要用实验现象去辅助理解物理规律。现有的实验器材水平放置在桌面上，影响学生观察实验现象。另外，现有的实验教具不能演示穿入与穿出线圈的磁感线条数一样，线圈总磁通量为零，回路没有电流产生这一现象。为了解决这些问题，自制了立式电磁感应演示仪。

2    新教具实验原理

实验器材由Ⅰ部分与Ⅱ部分组成（图1）。

实验原理1：由一根磁铁棒与Ⅰ部分组成一套实验装置。由电磁感应现象可知，当磁铁棒插入和拔出线圈时，电流表指针发生偏转。当磁铁棒沿线圈中轴线水平移动时，电流表指针不偏转。

实验原理2：由Ⅰ部分与Ⅱ部分组成一套实验装置。当闭合Ⅱ部分开关S，通电螺线管产生的磁场穿过左边线圈从而产生电流，Ⅰ部分电流表指针偏转。同理，断开开关，Ⅰ部分电流表指针向相反方向偏转。当闭合开关后，分别沿顺时针方向、逆时针方向旋转Ⅱ部分变阻器，Ⅰ部分电流表指针左右偏转。

3    立式电磁感应演示仪的材料及制作方法

3.1    仪器材料

50 cm×30 cm的PVC板、50 cm×50 cm的PVC板、2只2000匝线圈、单刀单掷开关、1 KΩWTH118碳膜电位器、DC0-100 V 10 A LED直流双显数字电流电压表、1 cm口径铁棒、J0409灵敏电流计、7.5 V电池盒、5号电池若干、导线若干。

3.2    制作方法

在50 cm×30 cm的PVC板上安装一只2000匝的线圈和电流表;将50 cm×50 cm的PVC板按照不同零件的面积大小和预先设计的电路图进行钻孔和打磨，使之与零件面积基本吻合。按顺序在50 cm×50 cm的PVC板上安装电池盒、开关、一只2000匝的线圈、变阻器、电流电压显示器。最后，用四个底15 cm、高10 cm的等腰三角形与两块板分别粘合在一起，组成立体背景板。演示时分B板（50 cm×30 cm）单独演示和A板（50 cm×50 cm）、B板组合演示。

3.3    实验现象

“探究感应电流产生的条件”实验1：用一只磁铁棒插入和拔出Ⅰ部分的线圈，电流表指针发生偏转;磁铁棒竖直放置，并沿线圈中心轴线水平方向移动磁铁棒，电流表指针不偏转。（图2）

分析 实验1左图磁铁棒移动的过程中，线圈内磁通量发生变化，回路产生感应电流;实验1右图移动磁铁棒的过程中，穿入与穿出线圈的磁感线条数一样，线圈总磁通量为零，回路没有电流产生。（图2）

结论1：当线圈内磁通量发生变化时，回路产生感应电流。

“探究感应电流产生的条件”实验2：将Ⅰ、Ⅱ两部分组成一套实验装置，中间用铁芯相连。在闭合（断开）开关瞬间，左（右）旋转变阻器时，电流表指针发生偏转。这四种方式均使穿过Ⅰ部分线圈的磁通量发生变化，回路产生感应电流。（图3）

结论2：当线圈内磁通量发生变化时，回路产生感应电流。

4    对教学的帮助

4.1    双显数字表替换指针式电表

当闭合、断开开关瞬间或者旋转变阻器时，數字电表同步显示Ⅱ部分电流、电压的变化情况。相比现有的电磁感应现象实验演示仪，学生可以直观地看到当Ⅱ部分电流发生变化时，Ⅰ部分将产生感应电流，解决了教学中由于反光部分让同学无法观察到实验现象这一难题。

4.2    对比实验，突破难点

在实验1中，对比磁场强度变化和磁通量变化的实验现象，帮助学生理解并掌握磁通量的变化才是感应电流产生的条件。

4.3    增减器材，多种实验

除探究“感应电流产生的条件”外，由于本套实验装置采用版面设计，因此可根据实验需要添加或删除部分实验设备，实验的灵活性大大提高。

在“变压器”的教学中，Ⅰ部分可作为副线圈，Ⅱ部分可作为原线圈。利用控制变量法，先改变Ⅱ部分电池组电量，保持原副线圈匝数不变，可定性分析原副线圈电压与线圈匝数的关系;再保持电池组电量恒定，替换Ⅰ部分副线圈，进一步分析原副线圈电流与线圈匝数的关系。

5    总  结

本文以“探究感应电流产生的条件”为例，说明实验仪器的使用方法。仪器操作便捷、观赏性强、实验现象明显，可贯穿以“电磁感应”为背景的所有知识。实验教学是高中物理重要的教学方式，是探究物理规律的必由之路。按照教学目标的要求，自制教学仪器不仅能提升教师自身的专业素养，同时可以激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率。

参考文献：

[1]商乐.自制教具“电磁感应演示仪”的设计与使用[J].教学与管理，2018（7）：54-55.

[2]田泽森，王清霞.“做中学”——自制电磁感应二胡[J].物理教师，2013，34（9）：46-47.

（栏目编辑    王柏庐）