介绍一组利用磁性片的系列小实验

浙江省绍兴市第一中学 许婷 何海明 选自《物理教师》2009年第7期

我们只要稍加留意日常生活中的一些废弃物品,总能够找到可以用来演示物理小实验的“宝贝”。如常见包装盒上的圆形磁性片,直径约10mm,厚度1mm左右。因为磁性极强,是做小实验的好材料。笔者设计了一组利用磁性片的系列实验,或用来引入新课,激发学生思维;或用来展示物理现象,给学生感性认识;或将理论联系实际,培养学生动手能力。总之,根据教学内容灵活选用。

1.东飞的千纸鹤

图1材料准备:磁性片2枚,折好的纸鹤1只,细线1根,胶水1瓶。

实验制作:先把2枚磁性片吸引在一起并夹住细线,悬挂磁性片。在地磁场的作用下磁片面会平行东西方向,然后,纸鹤顺着由西往东飞的方向,把磁性片粘贴到纸鹤的肚内即成,如图1所示。如果把磁片垂直粘贴到纸鹤的肚内,就成一支指南针了。用不同颜色的彩纸做几只同样的纸鹤,串成一挂。

实验演示:在学习磁场时,教师在课堂上挂出纸鹤串,为什么纸鹤都是往东飞?请一位学生上来打乱纸鹤的朝向,不一会儿,纸鹤又乖乖地面向东方了。学生看到纸鹤定向偏转,自然想到了地磁场和指南针了。因为造型别致,这款小制作给学生带来了快乐、带来了启迪、带来了思索。学生在愉快的气氛中进入新课题,探索地磁场的性质。

2.反常的自由落体

材料准备:磁性片数枚,长约有60mm铝管1支(取自废弃的苕帚手柄,如有条件用纯铜管更好),和铝管长度、直径相同的PVC管1支,铜螺母1颗。

实验制作:用红色橡皮泥把磁性片包裹起来,搓成小球形,用黄色橡皮泥包裹铜螺母,也搓成小球形,2个小球除了颜色,大小和质量要相仿。

实验演示:在学习电磁感应前演示,用来引入新课。我们知道从相同高度下落的物体是一样快的,一定同时落地。现在我来给大家做一个落体实验。用铁架台把2支空心管并排悬空竖立,放在讲台上。在铝管口和塑料管口的上方分别同时释放红球和黄球,奇迹出现了,红球远远落后黄球落地,重复交换做几次,让学生看得明白。2粒小球有什么不同呢?先让学生去猜想。笔者把2颗橡皮泥球往铁架台杆子上一靠,红球被吸引住了。说明小红球有磁性,穿过铝管时有一部分重力势能转化为别的形式的能了,这是什么能呢?一个小实验马上激起了学生积极思维。

反常的自由落体也可以放在学习楞次定律之后来做,先学理论后联系实际现象,同样能收到非常好的教学效果。

3.“神笔”吸引铝牌

材料准备:磁性吸片、笔和铝质自行车牌。

实验制作:把磁性吸片用双面胶纸贴到笔杆的顶端上,铝质车牌中间穿小孔,用细线悬挂起来就可以实验演示了。

实验演示:学习涡流现象时,先做这个实验。把铝牌放讲台上,拿磁铁去靠近,没有作用,合乎常规,学生都知道磁铁不会吸引铝片。接着挂好铝牌,待铝牌稳定后,提起笔将磁性端轻轻靠近铝牌,看到铝牌被“神笔”推斥转动,如果离开铝牌,铝牌又被笔吸引跟着笔转动。笔和铝牌是猫和老鼠,你进我退,你退我进。再换一种操作方式,先稳住铝牌,提起笔将磁性端轻轻靠近铝车牌,然后笔杆顺着平行铝牌面的方向来回运动,注意不要碰着车牌。来回的节奏尽量和车牌的固有周期一致,几次策动后看到铝牌共振,摆幅大增,电磁驱动现象一目了然。逆向操作,先让铝牌顺着牌面来回摆动,再将笔的磁性端靠近铝牌,铝牌立即被制动,这便是电磁阻尼。如果利用摄像头投影观看效果会更好。奇妙的现象很吸引学生的眼球。猜一猜,笔上有什么?再揭开谜底,笔端带磁性片。想一想磁性片为什么能作用铝牌?实验引出了学生热烈的讨论,非常自然地切入新课题,电磁驱动和电磁阻尼。

4.探究小球在竖直面上的圆周运动

图2材料准备:磁性片2枚,大铁钉2枚,带摆线小钢球1只,刻度尺1支。

实验制作:把2枚磁性片用502胶水分别粘到钉帽上即可。磁性片也可以不用胶水,直接吸引到钉帽上。

实验演示:把带磁性的钉帽贴到铁皮黑板上,挂上小球,取重力摆的长度为80cm。过摆线的中点作水平线,再作悬挂点到小球的连线PQ,交水平线于C点,以摆线为半径作圆弧,交水平线于MN两点,如图2所示。开始演示,把小球拉到M点,释放小球,小球摆动到对称点N。取出第2枚铁钉,将钉帽贴到PC间一点,再次从M点释放小球,在最低点摆线受到钉子的阻挡,但小球最后还是能到达MN线高度处,表明重力摆机械能守恒。若将钉帽移到oQ间一点情况又会怎样呢?演示表明阻挡钉在C点下方,小球不会到达MN线高度处了,难道机械能不守恒了?再让学生细心观察小球的运动,发现小球在最高点时还有速度,有动能,所以小球的机械能仍是守恒的。钉子放在哪里,小球才能绕钉子在竖直面上做圆周运动?先理论估算。设小球圆周运动的半径为R时,恰好能过最高点。

在最高点,重力刚好提供为向心力

mg=mv2/R (1)

小球下摆过程机械能守恒

mg(0.4-2R)=mv2/2 (2)

代入数据解出R=16 cm,根据理论估算,把钉子移到Q点上方16cm的O处,重新把小球拉到M点释放,看到小球恰好过最高点做圆周运动,如图3所示,如果钉子高于O点,小球在最高点前离开圆周轨道,拉线松开。小球只能在O点及以下才能在竖直面上做圆周运动,因为小球过最高点需要一个速度。这个实验把理论和实验结合起来,不再是纸上谈兵了,学生对小球过最高点的临界速度有了深刻的感性认识。

图3

利用磁性片还可以演示电磁阻尼。制作简易电机等其他小实验、小制作。读者根据需要可自行设计制作。一个好的物理小实验是课堂的亮点,也是学生学习物理的兴奋点。我们要做有心人,尽量让优秀的小实验登上物理课的大雅之堂。

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发布时间:2010/3/12 16:52:26  阅读次数:9441

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