涡流演示器

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内容摘要:现行高中物理教材第二册第十六章,在学完了《电磁感应》的基本内容之后,安排了一节有关“涡流”的学习,教材阐述了涡流的成因及其利弊,并列举了涡流的防止和利用的实例。由于“涡流”与本章前部分内容密切相关,故此时进行“涡流”的教学有水到渠成之感,加之其与生产、生活、实验

GB/T 7714-2015 格式引文:[1].涡流演示器.[J]或者报纸[N].教学仪器与实验,(12)

正文内容

  现行高中物理教材第二册第十六章,在学完了《电磁感应》的基本内容之后,安排了一节有关“涡流”的学习,教材阐述了涡流的成因及其利弊,并列举了涡流的防止和利用的实例。由于“涡流”与本章前部分内容密切相关,故此时进行“涡流”的教学有水到渠成之感,加之其与生产、生活、实验教学都有一定联系,因此许多教师在本章内容结束之前,乐于顺便把“涡流”一节在课内讲解。既然如此,我们何不自制一个演示实验(教材上未做安排)以帮助学生加深对这一知识点的理解。

  显示涡流现象的小实验大家都见过一些,这里介绍一台我自制的涡流演示器。它有较好的能见度,也有一定的趣味性,经我校高二年级各班使用,收到了较好的教学效果。

  (1)材料:250mm×180mm×100mm木板一块;140mm×80mm×8mm铜板一块(也可用铝板但效果远不及铜板好);胶木物理小车一辆;Φ4mm铜棒,长600mm(五金商场有售);强磁性磁铁一小块(取自废旧收录机中的小电动机);雪糕棒一根;细线适量。

  (2)制作:将木板用砂纸打磨后刮腻子、刷上油漆,待漆干后,在板的底部装上四只橡胶脚。用攻丝器将铜棒两端攻出螺纹并配置相应的螺母。将铜棒折成一个秋千架(必须在酒精灯焰上加热,否则折弯处极易断裂)。在秋千架的横梁上焊接两只用细铜丝做成的悬线环,然后将秋千架穿入木板上的两个小孔,上下用螺母固定。截取雪糕棒长度的1/2,在其一面的中点用504粘合剂粘接磁铁,另一面的中点则粘接一个用卡纸画制的小动物、雪糕棒(荡板)的两端各钻一小孔。剪两条细线,一端打结后穿过小孔,另一端系一只自制的小钩,将两钩勾在悬线环上。用粘合剂把铜板与物理小车的车面粘合在一起。(如图1所示)

  

  ①底板 ②物理小车 ③铜板

  ④磁铁 ⑤雪糕棒⑥秋千架

  图1 涡流演示器

  (3)使用:使荡板悬垂静止,将带铜板的物理小车置于荡板的正下方,调节悬线长度,使荡板处于水平状态且使磁铁离铜板表面约5mm。推拉小车(连铜板)使其做前后往复运动,三、四个来回,小动物就开始荡秋千了。当策动频率(小车往复运动的频率)等于秋千振荡的固有频率时,小动物玩得最起劲——荡板的摆幅不断增大;当让小车静止在荡板下方,荡板会非常快地停下来。

  (4)解释:铜板在磁铁下面做往复运动的时候,相当于处在一个变化的磁场中,故铜板上会产生感应电流I[,g],此即涡流。根据楞次定律:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。当磁铁静止而铜板运动时,通过铜板回路的磁通量减小,故I[,g]的磁场要与原磁场方向保持一致,所以带有磁铁的荡板就因被吸引而追赶铜板;当铜板滞后于磁铁且追赶磁铁时,通过铜板回路的磁通量增大,I[,g]产生的磁场与原磁场方向相反,故磁铁要受斥力的作用,如此往复,秋千的荡板就不断地摆动了。

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