扬声器工作原理一课的实验改进

王 悦

扬声器工作原理一课的实验改进

王 悦

一、教学中存在的问题、困惑及成因

物理学是一门实验科学。在物理学中，每个概念的建立、每个定律的发现，都有其坚实的实验基础。实验在物理学的发展中有着巨大的意义和推动作用。

心理学研究表明，学生对学习内容的巩固程度，与学习方式关系很大。一般来说，学生通过听教师讲授，能够记住10%～20%；学生如能看到实物或现象，能够记住30%；如果学生既能听教师讲，又能看到实物或现象，能记住50%；如果学生看到实物或现象，自己又描述过，便能记往70%；如果学生既动手做过，又描述过，则能记住90%。

可见实验教学是开展科学教育过程中的一个十分重要的实践教学环节，是培养学生创新精神和动手操作实践能力的重要途径。物理学家帕格尔斯也曾说过：“没有实验的物理理论是空洞的，没有理论的实验是盲目的。”实验赋予了物理学科思想和内容，实验促进了物理学的发展，同时物理实验自身也是不断发展的。

在扬声器工作原理这一节教学内容中，介绍了动圈式扬声器是把电信号转换成声信号的装置，这部分是磁场对电流有力的作用的具体应用。传统教学中只是将书中的扬声器分解图展示给学生看，但由于受平面图形所限，学生根本弄不清楚线圈如何在磁场中振动，永磁体在什么地方形成匀强磁场，线圈在磁场中如何受力，受力方向如何，交流电变化过程中线圈如何运动，以及动圈式话筒怎样工作等诸多问题。

本实验装置利用生活中很常见的废旧扬声器重新组装了实验装置。将分解下来的绕有线圈的纸盆用橡皮筋挂在钉在木板上的铁钉上，并且为了达到更好的实验效果，向纸盆中加入了彩色泡沫，纸盆振动发声时会把堆在纸盆中的彩色泡沫振动出来。本实验设计能够直接演示扬声器和动圈式话筒的工作原理，整个装置可分拆讲解，也可组合演示，具有很好的示范性。

二、实验改进

1.制作材料

废旧的大功率低音扬声器1个、橡皮筋3根、铁钉3根、木板1块、塑料片1块、电工刀、剪刀、胶、塑料泡沫若干、彩色亮片若干。

2.制作方法

(1)用电工刀将废旧扬声器的纸盆和永磁体分离，只留下带线圈的纸盆和永磁体，如图1所示。

图1

(2)用剪刀将塑料片剪成宽1cm左右的圆环，并在圆环上按120°角间隔打3个孔，用胶将塑料圆环粘在纸盆边缘构成盆托，并用剪刀将塑料泡沫剪成黄豆粒大小。

(3)在木板上钉3个互成120°角的钉子，用3根橡皮筋穿过盆托上已打好的孔，并将皮筋套在钉子上，制作成可以活动的纸盆。

(4)在纸盆下面放刚才分离出的永磁体，即可成为一个扬声器演示器。这样就能实现让纸盆自如活动，而且很容易看清线圈在磁场中的振动情况，如图2所示。

图2

3.使用方法

(1)将绕有线圈的纸盆、滑动变阻器、开关接入学生电源直流电路中，闭合开关。

现象：纸盆不动，如图3所示。

图3

(2)在纸盆下放一神秘物体，再通入直流电，闭合开关。

现象：纸盆移动一下，为什么会动？这个神秘物体究竟是什么，能有这么大的魔力？

揭秘：这个神秘物体其实就是一块永磁体，如图4所示。

图4

(3)引出：永磁体是使纸盆移动的必要部分。所以扬声器的主要结构就是纸盆、线圈、永磁体，如图5所示。

图5

(4)在黑板上画原理图，明确线圈的绕法，当线圈中通有变化的电流后，它会产生变化的磁场，先判断出线圈中电流的方向，再用右手螺旋定则确定磁极的位置，此时通电线圈就相当于一个条形磁铁，与纸盆下面的永磁体相互作用会产生力，就可以判断出通电线圈的受力方向，因而得出纸盆的运动方向，如图6所示。

图6

(5)在以上的电路中，改变直流稳压电源正负极，闭合电源，观察纸盆移动情况。

现象：纸盆向上移动，如图7所示。

图7

(6)通入交流电，电流时刻改变，通电线圈磁极方向时刻改变，受力方向时刻改变。

现象：纸盆跟着振动，发出持续的声音。

为了演示效果更明显，纸盆里放入塑料泡沫和彩色亮片，当通入交流电流时，纸盆来回振动，带动塑料泡沫和彩色亮片也跟着跳动，如图8所示。

图8

三、仪器的特点及用途

1.特点

(1)本教具密切配合基础教育新课程改革，主要针对北师大版九年级《物理》教材第十四章电磁现象中，第六节《磁场对电流的作用》内容设计。符合课改理念，体现新课程标准要求。

(2)本教具能够直接演示扬声器和动圈式话筒的工作原理，能将学生心中复杂的仪器结构化简为扬声器的3个主要部分，即纸盆、线圈、永磁体。本教具简单直观，操作简便，整个装置可分拆讲解，也可组合演示，能够与知识很好地结合，有很好的示范性。

(3)本教具的材料选用生活中常见的物品并加以改进，合理巧妙地设计了简单的扬声器模型，演示了扬声器将电信号转换成声信号的过程，也就是强弱变化的电流在磁场力的作用下受力运动，电能转化为机械能的过程，并且利用碎纸屑在振动的纸盆中跳动将实验现象放大，打破了学生对科学技术的神秘感。使学生了解扬声器在现实生活中的作用以及对人们生活的影响，同时也拓宽了学生的知识面，是属于“物理走向社会”的内容。

(4)本教具填补了这一节实验设计的空缺，实验效果非常好，使学生能够近距离操作电学教具，变抽象为具体。不仅突破了教学的常规方法，创新处理了教学内容，而且应用这个演示实验展示科学的真实，以学生所学的知识为基础，运用鲜明的实验现象对比，为学生真正理解生活中的科学技术打好基础。

2.用途

(1)使学生了解扬声器的结构。扬声器的主要结构就是纸盆、线圈、永磁体。

(2)演示扬声器的工作原理，能很好地展示扬声器的磁场位置，线圈受力方向，通入直流电或音频交流电时线圈运动情况，还可以演示动圈式话筒的工作原理。

[1] 冯长喜.初中物理实验教学[EB/OL]. http://edu6. teacher.com.cn/tkc744a/kcjj/ch1/se0/se2. htm,2011,1,21,

稿件编号：P1103128

王悦，本科，中教二级。

北京矿院附中。