条形磁铁的插入速度不能太快-论文.pdf

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1、2014年7月Vo1．32No．13中学物理·实验研究·条形磁铁的插入速度不能太快李旺元(湖北省孝感高级中学湖北孝感432000)在物理教科书选修3—2第四章第4节中写到：“在向线圈线圈中的电流强度，S为线圈回路(或铝框回路)的面积．中插入条形磁铁的实验中，插入的速度越快，产生的感应电流回复力矩的表达式为M目=kO(2)就越大”．部分年轻教师经验不足，课前没有仔细观察实验现其中k为常数，由螺旋弹簧的力学性质决定，为指针转过的象，课堂上用图1装置演示时，逐渐增加角度．插入速度．学生观察发现，当速度增加阻尼力矩的表达式为m：竺(3

2、)到一定程度时，指针的偏转角度没有增大．课堂上出现了非常尴尬的局面．其中r为铝框回路的电阻，m为铝框转动的角速度．为什么会出现这种现象?这要从电当给线圈通入恒定电流时，动力矩使系统开始转动，在回流表的工作原理谈起．图1复力矩和阻尼力矩的共同作用下，系统很快停下来，指针指向电流表内部转动部分的结构如图2，电流表的线圈绕在铝某个位置．此时系统的角速度∞为零，阻尼力矩为零，动力矩跟框上，铝框和指针固定在转轴上，转轴两端跟螺旋弹簧连接．将回复力矩相平衡，由(1)、(2)式得线圈、铝框和指针以及转轴作为一个整体称之为系统．线圈中(4)的

3、电流受到的安培力是系统的动力(见图3)．螺旋弹簧的弹力．由(4)式可知，线圈中的电流强度跟指针转过的角度成正比，是系统的回复力．铝框在转动过程中会产生感应电流，感应电即指针转过的角度越大，线圈中的电流强度就越大．流受到的安培力对转动起阻尼作用，使指针不会出现来回摆动要强调指出，(4)式只适用于线圈中通人恒定电流的情的现象．况．用图1装置做演示实验时，线圈中的电流不可能是恒定值．下面分两种情况讨论：(1)当磁铁的插入速度很慢时，线圈中的感应电流较小，动力矩的作用时间较长，系统转动的角速度较小．根据式(3)，酶F阻尼力矩很小，系统

4、可近似地视为平衡状态，(4)式近似成立，此时增加磁铁的插入速度，指针的偏转角度会增大．(2)当磁铁快速插入时，线圈中的感应电流很大，动力矩动力矩的表达式为M=nIBiS(1)的作用时间很短，系统经历了两个过程：①动力矩的瞬时加速其中n。为电流表线圈的匝数，为辐向磁场的磁感应强度，i为过程；②阻尼力矩与回复力矩共同作用的减速过程．!；、!!!!!!!!!!!!!!!!!!!；!；!!；!!!、!!；!吕特征，只有让学生有亲身感受才能有利于教学的开展．能使惯性概念清晰化．在“惯性”知识教学中，学生难于理解任何物体具有保持再如讲解光

5、的全反射现象，提供一个烧杯和一个小烧瓶：原来运动状态的性质，往往只是简单的模仿解释生活现象．如(1)先把空小烧瓶中放在空烧杯里和外，让图5中，小车上的容器B里面放一铁球A：学生观察观察小烧瓶亮度的变化(2)把小烧瓶中装满水放在空烧杯里和外，让学生观察观察小烧瓶亮度的变化图6一E=========图=；=5=========；Ic(3)把小烧杯中装适量的水放在空烧杯里和外，让学生观察观察小烧瓶亮度的变化(1)当小车B由静止突然启动时，球会怎样运动?为什么?(4)把小烧瓶中装满水放在装有适量水的烧杯里和外，让(2)a、B由匀速运动

6、时，B车突然停止运动，A球会怎样运学生观察观察小烧瓶亮度的变化动?为什么?通过不同物理条件的变化，让学生去发现物理现象和规假如把B车容器中装上水，A为一气泡：律，从而掌握物理现象的本质．教师设计情境让学生体会物理(1)当小车B由静止突然启动时，A气泡会怎样运动?为什么?感受，参与课堂教学，让学生成为概念学习的主人，让学生真正(2)A、B由匀速运动时，车突然停止运动，气泡A会怎样参与到概念的建构过程中来，才是提高效率的关键．大量做题运动?为什么?无法让学生体会到学习物理的快乐，更无法提高物理能力，速假如把B车容器中装上水，A为一

7、铁球：成的东西只能昙花一现．恰当地运用对比演示实验，可以把知(1)当小车曰由静止突然启动时，』4球会怎样运动?为什么?识技能的学习和发展学生的观察能力、抽象思维能力、思维创(2)A、B由匀速运动时，B车突然停止运动，A铁球会怎样造能力以及科学态度有机结合起来，可以逐步提高学生观察问运动?为什么?题、分析问题和解决问题的能力．充分开发对比演示实验，会让在不同情境下，A物体有不同的相对运动，深究其原因就物理教学更具生动性、趣味性，使学生从畏学变为乐学．．64．中学物理Vo1．32No．132014年7月＆瞬时加速过程‘At=ho0

8、—0(6)设条形磁铁的插入时间为△t，穿过螺线管的磁通量变化为式中，为系统的转动惯量．△，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律，(1)式变换为由(5)、(6)两式得~00=(7)』nM动1rhBS，可见，对于给定的实验装置，系统获得的角速度‰为定式中n为螺线管的匝数，R为螺线管和