水力、风力发电机模型的制作和使用

林登城

演示实验是物理教学的基础，是激发学生学习兴趣，培养学生观察能力、思维能力、分析问题和解决问题能力的重要手段，为此，初中物理教材中安排了很多演示实验，但在教材中安排的演示实验，有的因效果不够明显或缺少器材导致很多实验没有演示或演示了但很难成功。教师通过自己动手制作教具，并在课堂上用自制的教具展开教学，可使課堂教学过程生动有趣、学生注意力集中，能使学生对物理现象充分观察，获得深刻的印象，并能培养学生的动手能力和创造能力。因而我利用一些业余时间以废旧机械式三相电度表制作了这台水力、风力发电机模型，通过课堂教学的尝试使用发现教学效果良好，下面我就对这一教具的制作和使用做一些简单的介绍。

一、材料准备

木板1（长30cm，宽22cm，厚2cm）一块、木板2（长23cm，宽17cm，厚2cm）一块、阀门一只、长约1m的橡胶管一段、旧自行车轮胎气门嘴一个、双色发光二极管（正向电流通过二极管时发红光，反向电流通过二极管时发绿光）一只、导线若干、花生油塑料空瓶两只、旧三相机械电度表一只、红绿蓝喷漆各一瓶等。

二、制作方法

（1）将两块木板用铁钉钉成“丁字形”，喷上绿漆，作为演示板。

（2）拆开三相电度表（如图1），取出电度表的内芯，卸下三个电压线圈、两个铝盘（含铜轴）及其中的两对磁铁待用，将其他无关元件去除。

（3）用铝盘制成水轮机，方法是在铝盘上均匀画出夹角为30度的6条直径，并以铝盘的中点为圆心画一半径为铝盘半径的二分之一的小圆，在6条直径和小圆周交点处钻出12个直径为5mm的圆孔（如图2），用剪刀沿虚线把铝盘剪成12个小扇形片，将每一片都按同一方向扭转40度角，制成水轮机的叶轮（如图3），然后把叶轮新装回铜轴上。

（4）再把三相电度表内的阻尼磁铁切成两半，并用热熔胶枪把磁铁固定在铜轴上（如图4），成为能跟着铜轴旋转的磁铁（相当于发电机的转子）。

（5）将铝框的多余部分用铁锯切割除去，将两个线圈用铁片及螺丝固定在支架上作为发电机的定子（如图5）。

（6）将装有叶轮、转子的铜轴装回铝框支架。将两个线圈串联，再与发光二极管连接，这样就制成了发电机（如图6）。

（7）将制成的发电机固定在第1步制成的“丁字形”底座上。

（8）用电钻在空花生油塑料桶或可乐瓶的底部钻一个直径4mm的小孔，将旧自行车轮胎气门嘴用螺丝固定在塑料桶上，将橡胶管的一端与塑料桶上的气门嘴连接好，演示时模拟发电站的上游，另一端与阀门连接，再用螺丝和铁片将阀门固定在演示板上，注意将阀门嘴对准发电机的叶轮。

（9）将方形水盆放在发电机下面作为承接水的容器，演示时模拟发电站的下游（如图7）。

三、使用方法

（1）演示水的重力热能转化为动能。在举高的容器B中装足水，打开阀门，使水从喷嘴中射出，喷到水轮机的叶片上，水轮机就转动起来，发光二极管发光。这表明水的重力热能已转化为动能，可以推动水轮机转动而做功。如果把容器B的高度降低，水轮机转动减慢，发光二极管亮度减弱，表明高度降低，重力热能减少，相同时间里能做的功也较小。

（2）演示交流发电机的电流方向是作周期性改变的。在前面演示水的重力热能转化为动能的实验中，水轮机转动时可看到双色二极管时而发红光，时而发绿光，表示通过双色发光二极管的电流是在作周期性改变。实验中可在电路中串联一个灵敏电流表，用手轻轻捻动铜轴，可使灵敏电流表做周期性的摆动，说明发电机输出的电流是周期性改变的。

（3）演示水力发电机（如方法1）。

（4）让学生观察旋转磁极式发电机的构造。可让学生观察该模型的线圈（定子）、磁极（转子）等构造。

本教具制作的材料易得，废物利用，外观美观，使用方便，具有趣味性、实用性，一个器材可做多种实验。同行教师与我的多次教学实践，使学生对发电机及能量的转化过程获得深刻的印象，取得生动的感性认识，使学生更好地理解有关物理概念的规律，做到快乐教学，收到良好的教学效果。endprint