拓展教材贴近生活巧用实验增强趣味

摘要：“探究感应电流的产生条件”教学过程中，在完成教材中的实验后，围绕教学目标补充“无线充电”“无线传声”和“自制电吉他”三个实验，既紧扣产生感应电流条件中的“变化”二字，又突出了物理的应用性和趣味性，能起到很好的教学效果。

关键词：电磁感应；磁通量变化；无线充电；无线传声；电吉它

物理是以实验为基础的学科，物理教学也要突出物理实验的作用。中学物理教学过程中除了要做好教材中的演示实验和分组实验外，根据教学实际开发一些拓展性实验也是有益的。人教版物理教材3-2第四章第二节“探究感应电流的产生条件”教学过程中，在完成教材中的实验后，围绕教学目标补充“无线充电”“无线传声”和“自制电吉他”三个实验，既紧扣产生感应电流条件中的“变化”二字，又突出了物理的应用性和趣味性，能起到很好的教学效果。

一、 无线充电

目前无线充电在一些电器上已经开始使用，如部分品牌手机、智能手表、电动牙刷等。无线充电是利用交流电产生变化的磁场，使感应线圈中磁通量发生变化产生感应电流，通过电路转换成直流电流入锂电池。图1是利用电动牙刷的充电底座做的实验，线圈用漆包线绕50匝左右，直径约4cm，线圈末端接两只发光二极管。当线圈逐渐靠近充电底座时，二极管逐渐变亮，放在底座上亮度最高。该实验利用了电动牙刷充电底座产生的变化磁场使感应线圈中产生感应电流，效果明显，可以作为新课引入，比电磁炉方便。

在总结归纳出感应电流产生条件后还可以将该实验再做进一步分析，除了分析无线充电原理外，可以让学生思考如果充电底座中的励磁线圈接上恒定电流，怎样使感应线圈获得电流？如图2。学生往往会提出可以通过不停地通断励磁线圈中电流的方法来实现，这是可行的。事实上无线充电手机在进行充电时，从充电头流向充电底座的电流是恒定电流（即普通USB端口的电流），在底座中有特殊电路将恒定电流转换成高频交流电，从而获得变化的磁场，让感应线圈中磁通量发生变化产生感应电流。

二、 无线传声

如图3，无线传声是很多老师喜欢做的实验，这个实验利用实验室普通的線圈，将音乐“隔空”传递到音箱，学生感到很意外，课堂气氛非常好。该实验的关键是副线圈（即大线圈）必须接在音箱的话筒MIC接口，而非音频AUX接口，否则声音会很小或者听不到声音。当把手机音量调到最大时，原线圈不必放入副线圈内部，在距离副线圈10cm左右音箱就会有较大声音。来回调整原副线圈的距离，音箱声音会忽大忽小变化。由于手机输出的音频电流是带有声音信息的变化电流，产生的磁场也是随声音信息变化的磁场，副线圈中产生的感应电流同样会随声音信息变化，最终输入音箱可以发出相应声音。

这里重点还要突出磁通量的“变化”，因此有必要让学生对原线圈中电流“变化”有直观认识，所以可以将手机音频信号输入示波器，并且单独接一个扬声器，学生一边听扬声器里播放的音乐一边观察波形的跳动，便能感受到电流的确在“变化”，如图4。

通过这个实验学生体会到变化的电流与磁场除了可以传递能量，还可以传递信息，加深对所学知识的理解，领悟物理的趣与妙。

三、 自制电吉他

电吉他是科学与艺术结合的产物，磁化的琴弦振动时，引起拾音器线圈中磁通量变化产生感应电流，经过电路放大后传送到音箱发出声音。图5是利用切割磁感线产生感应电流的原理制作的简易电吉它，它除了能够展示电磁感应的原理，还真的能够演奏乐曲，图6是结构图。

吉他底板采用测定金属电阻率实验所用的底板，长55cm，A、B是一对接线柱，C处接线柱拆除拧入螺丝钉。为使音色尽可能动听，琴弦选用民谣吉他弦的第二弦（第二细的弦），一端固定于接线柱B，绕过接线柱A后缠在螺丝钉C上，旋转螺丝钉C可以调整弦的松紧。M、N是两片厚为0.6cm的窄木片，压在琴弦下面起到限定琴弦高度和有效长度的作用，相当于琴码，这里使琴弦长度设定为46cm。磁铁选用长、宽、厚分别为4.8cm、2.4cm、0.4cm的矩形强磁片，磁极是两个大的矩形面。磁铁安装时先在距离琴码N13cm处安装一条形铁片，再把磁铁立着吸在铁片上，保证磁铁的大矩形面与琴弦平行，距离琴弦0.4cm，这样既能使琴弦自由振动，又能产生足够大的感应电流，且磁铁可以方便拆装。

在B、C上连接导线输入音箱MIC接口，拨动磁铁附近琴弦，琴弦振动切割磁感线产生感应电流，通过音箱放大发出动听的声响。但是单纯发出声音实验的趣味性还不够，要能够像真吉他一样发出不同音调并且可以演奏音乐，这个实验才震撼。于是需要给吉他安装控制音调的“格子”，吉他术语中称为“音品”，各音品的位置可按如下方法计算得出：

从琴码M向右第一品P1到M的距离为MP1=MN17.817=2.58cm

第二品P2到第一品P1的距离为P1P2=P1N17.817=2.44cm

以此类推，第Pk品到第Pk-1品的距离为Pk-1Pk=Pk-1N17.817

标记琴码位置时为了防止移动刻度尺带来的误差，可以转化成每一个音品到琴码M的距离，用一把长一点的刻度尺一次性测量并标注。音品选用直径约为0.2cm的木质牙签制作，将牙签分成长3cm的小段，用热熔胶固定在相应位置处，安装17个音品可以发出从5·到1·之间的各个音，各音品间的音程关系在图6中已经标明。旋转螺丝钉C利用校音器校准其中的一个音，则其他音也相应校准，这样一把具有演奏功能的电吉他就制作完成了。

连接好导线，拨动琴弦，音箱发出声音，但是所发出的声音学生未必确信是由于琴弦切割磁感线而产生的，可以先将吸在铁片上的磁铁移走再拨动琴弦，发现只有琴弦的微弱声音，音箱不发声；一边拨动琴弦一边将磁铁靠近琴弦，音箱中声音会逐渐变大，通过反复几次对比就可以充分说明音箱发出的声音是由于琴弦切割磁感线而产生。然后教师可以先示范一首简单的曲子如《小星星》，再邀请一两个学生亲手体验，只要稍有音乐知识的学生都能很快演奏，音乐耳熟能详，实验趣味盎然。

利用木板、金属丝、磁铁这样简单的物品制作电吉他，竟可以演奏出欢快的乐曲，给学生强烈的震撼，不但使学生加深了对所学知识的理解，也让学生认识到物理是如此贴近生活、如此美妙与精彩！

四、 总结

以上三个拓展性实验，既紧扣教材中产生感应电流的条件，又突显了这一规律在日常生活中的应用，真实直观，效果明显，课堂上妙趣横生。在日常教学中多动脑、动手，有很多类似的实验可以做，这些拓展实验能让物理课堂生动起来、丰富起来，给学生留下深刻印象，激发学生学习物理的热情。

参考文献：

[1]物理课程教材研究开发中心.物理选修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010：5-7.

[2]武际可.音乐中的科学[M].北京：高等教育出版社，2012：41-51.

作者简介：王晓娟，江苏省苏州市，苏州大学附属中学。