电磁感应现象实验改进

摘 要：九年級物理“实验探究：怎样产生感应电流”一节中，由于实验在实际操作时利用电流计指针的偏转观察实验现象时效果不明显，学生观察吃力。针对上述问题，借助LED灯对此测量电路进行改进，增强了实验效果，并从课堂教学的反馈中反思并提出建议。

关键词：电磁感应；实验改进；LED

一、实验目的

1.探究影响感应电流方向的因素；2.知道电磁感应中电能的转化；3.培养实验探究的技能；4.通过实验探究，知道导体在磁场中运动时产生感应电流的条件；5.经历科学探究中的交流合作过程，培养探讨问题的兴趣习惯。

二、对教材实验的思考及改装

教材中的实验内容：将一根导体的两端用细导线悬挂起来，并与灵敏电流计、开关组成串联闭合电路。将导体放在U型磁体的磁场中，探究导体在磁场中怎样运动才能在电路中产生电流，并探究影响感应电流方向的因素。

存在的不足：教材中提供的实验方案，主要是通过观察灵敏电流计指针的偏转来确定是否产生感应电流和判定电流方向。在实际的演示过程中，灵敏电流计的指针偏转角度较小，效果非常不明显，而且后排同学也看不清楚电流计指针的变化。演示效果不明显主要有三方面的原因：1.实验中是用单匝导线做切割磁感线运动，产生感应电流过小。2.实验中蹄形磁铁的磁性太弱，导致效果不明显。3.使用灵敏电流计可视性较差，不易观察。

改进的思考：针对存在的问题，现对实验进行了改进。1.使用多匝导线代替单匝导线，做切割磁感线运动。2.在蹄形磁体的两极处添加两块强磁，以增强磁铁的磁性。3.利用发光二极管的单向导电性，设计出显示仪器代替灵敏电流计，使实验效果明显，可视性好。设计电路如图所示：

实验中，将灵敏电流计用两种不同的发光二极管（LED）代替，通过观察灯是否发光来判断是否有电流产生以及电流的方向。实验中规定，红灯亮代表有正向电流通过，此时与之并联的反方向的绿灯将不亮。反之，绿灯亮红灯不亮。因此，可以通过红绿两种不同颜色的LED灯来显示电流的方向不同。

三、实验方法

主要是转换法和控制变量法。

四、教学过程设计

1.探究感应电流产生的条件

根据实验的目的和研究对象，需要磁铁和电线；检查电路中是否有电流，需要电流表；控制电路必须有开关。

教科书是为了探索电路而设计的：一个导体ab悬浮在马蹄磁铁的两极之间，导体的两端连接在电流表上，为了探索导体在磁场中产生电流的条件，我们逐一进行了实验。先用这种装置进行实验，实验效果不明显，后排同学普遍反应看不清楚指针的变化。因此我们用LED灯来代替电流计（LED灯介绍略），并对实验中的测量装置部分进行改进，改进后电路中的电流利用灯光来观察，实验现象更加直观。同时为了增强实验效果，在U型磁体上加强磁以大大增强磁性，使实验现象更加明显。

实验中，保持磁铁位置不变，当电路闭合，导体ab在磁场中左右或斜着运动的条件下，电路中总有一盏LED灯会亮，即产生了磁生电现象，而导体静止时或在竖直方向上下运动时，没有灯亮。再保持导体棒不动，左右移动磁铁，电路中有灯亮，上下移动时灯不亮。仔细分析表明，保持磁铁位置不变，左右移动或斜着移动时切割磁感线，上下移动或静止时不切割磁感线，保持导体棒静止，左右移动磁铁，也相当于导体切割磁感线。

实验表明，当闭合电路的导体的一部分在磁场中运动时，导体中会产生电流。这种现象称为电磁感应，所产生的电流称为感应电流。

2.探讨影响感应电流方向的因素

使上述实验装置保持不变，反复改变磁场的方向或改变导体在磁场中的方向，红绿灯的发光情况也会相应改变，说明电路中感应电流的方向发生了变化。当保持蹄形磁铁上面S极时，导体棒左移，红灯亮，右移，绿灯亮，说明感应电流方向与导体运动方向有关；而当蹄形磁铁上面N极时，再左移导体棒，绿灯亮，与此前上面S极时左移导体棒的现象不同，感应电流的方向也与磁感应线的方向有关。由此得出，导体中感应电流的方向与导体的运动方向和磁感线的方向有关。

3.讨论电磁感应现象中能量的转化

在电磁感应现象中，导体做切割磁感应线的运动，外力做功。它消耗机械能量并获得电能。因此，在电磁感应现象中，实现了机械能向电能的转换。

4.理解电磁感应现象的注意事项

首先，需要注意的是电路必须是“闭合的”。如果不闭合，即使导体在磁场中移动，也不会产生感应电流。

第二，注意磁场中的导体是电路的“一部分”，而不是整个电路。如果电路都在磁场中，情况就复杂多了。这就超出了初中物理所探讨的范围。

第三，注意“切割磁感线”的运动。如果部分闭合电路在磁场中沿与磁感应线平行的方向移动，则不会产生感应电流。

五、教学反思

本次实验通过对测量电路进行改进，借助LED灯及其单向导电特性，使实验现象更加直观，同时在U型磁体上加强磁以增强磁性，使现象更明显，课堂效果较好。但在实验过程中由于空间色彩的干扰，加上本实验的快速性，使得有时现象较混乱，因此，可以在LED灯旁增加白色背景，增强实验效果；用5盏LED灯并联组成箭头形状，使实验现象更直观，亮度更高，效果更明显。

参考文献：

宋德生，李国栋.电磁学发展史[M].广西人民出版社，1987.

作者简介：陈显灶（1988.8—），男，汉，出生于陕西安康，北京师范大学硕士学位，现任物理教研组长，二级教师，研究方向：物理教育与信息技术融合。

编辑 赵飞飞