对“自制教具探究电动机中的反电动势”一文的改进

赵和平

（浙江省象山中学，浙江 宁波 315700）

图1

反电动势是高中物理中一个比较抽象的概念.在电路中，反电动势起到削弱电源产生的电流的作用，学生普遍感觉这一概念及其在电路中的作用比较难理解.《物理教师》2014年第2期刊登的“自制教具探究电动机中的反电动势”一文给出了一种很好的方法.利用等效的思维方法设计了如图1所示电路.通过实验，学生能体会到反电动势的存在、反电动势大小的影响因素和反电动势在电路中的作用，从而能较为透彻地理解这一概念.

1 原文中的实验过程与现象

（1）按图1连接电路，断开开关S，将S1与A相连.

① 闭合开关S，可观察到小电动机旋转且转速由慢到快，小灯泡亮度由强变弱，最后微亮.

② 当电动机转速稳定后，用手摩擦电动机转轮，使电机转速由快变慢，可观察到小灯泡亮度由弱变强.当电机停转时，灯泡亮度最强.

（2）断开开关S，将S1与B相连.

① 闭合开关S，将开关S2与C端相连，使电源E2接入电路中，可观察到小灯泡L微亮.调节可调电阻R1，使小灯泡L微亮程度与电动机达到最高转速时的微亮程度接近，此时接入电路中的E2、R1等效于高速转动时的电动机M的作用.

② 开关S仍闭合，将开关S2与D端相连，使电阻R2接入电路中，调节R2使小灯泡与电机M停转时亮度相同，此时接入电路中的R2等效于电动机M停止转动时电机线圈的电阻.

2 对原文两处的商讨

（1）原文中第（1）步中① 步操作可以看出电动机的反电动势与电机转动快慢有关，转动越快，反电动势越大.但在第（2）步① 步中E2为两节废玩具遥控小车中的充电电池，学生知道这样的电池电动势基本不变，作者调节可变电阻R1，达到小灯泡的亮度与S1接A时亮度相同.根据闭合电路欧姆定律得

这两步的操作小灯泡亮度接近，说明流过小灯泡的电流相等，但电流相等不一定说明电源E2的电动势等于电动机的反电动势，同时，R1也不一定等于电动机的静态电阻.所以，这样比较容易使学生产生电动机的反电动势不变的误解.

（2）原文实验采用的是等效替代的思想，其效果用小灯泡的亮度来表示.虽然这样操作形象生动，但小灯泡的亮暗程度是否相同难以准确判断，过于粗糙.

3 几点建议

图2

第一，根据上文所述商讨点（1），可将E2（充电电池）改为电源为3～12 V的直流电源（可以很方便的地改变电源极性的小变压器，电子商店中都有卖），同时，要注意选择一个规格合适的小电动机.实验时，先测得小电动机的静态电阻，并调节R1使其等于小电动机的静态电阻，再调节变压器，使得S1接A与接B时的电流相等.第二，仅以观察小灯泡的亮暗程度来确定两次效果相同不够精确，为避免此缺点，可给小灯泡串联一电流表（双向电流表）.这样，电阻R2一路存在的意义不大，将其去掉.第三，为能更深刻地反映电动机的反电动势的存在，可另外并联一路，如图2所示.实验时断开S，闭合S2，用手摇动电动机，电流表有示数，小灯泡发光，从而说明电路中电动势的存在即反电动势.