常规的磁阻尼现象演示装置由小的圆柱体强磁铁和铝管组成,如图1所示。实验时,将磁铁从铝管上方中心位置由静止释放,让其沿管的内部竖直下落,通过磁铁缓慢下落的现象,得出金属管对磁铁的下落有显著的阻碍作用的结论。但由于铝管不透明,实验过程中的现象学生并不能亲眼观察到,只能根据磁铁在铝管中下落的时间,依据生活经验判断出来。视觉上的阻碍影响了实验的效果,也制约了学生的认知,教学效果不理想。
很多教师为此尝试了很多有益的改进。归纳起来大致有两种方案:方案A是在金属管壁上沿轴向每隔一段距离开一个小孔,当磁铁在金属管内部下落经过各个开孔位置时,便能短暂观察到磁铁的下落瞬间。方案B是把圆柱体磁铁改换成半径比金属管稍大一点的磁环,把磁环套在金属管的外侧,这样在下落过程中就能观察到磁环的运动情形。相比之前的演示装置,这两种方案在一定程度上提高了实验的演示效果,但依旧或多或少存在这样或者那样的问题。例如方案A的实验过程中,学生仍然不能看到其他非开孔位置的运动情形,且能观察的时间较短;方案B中的磁环一般由钕铁硼烧制而成,性质跟陶瓷一样比较脆,自身又比较薄,容易摔坏。另外,无论是方案A还是方案B,实验的观察对象(磁铁)与研究对象(金属管)存在不一致的情形,分析的时候需要根据实际情况不断地进行转换。
一、改进的思路及相关方案数据
二、可演示的常规实验
三、可拓展演示的实验
四、结语
经过对实验的优化和改进,新装置克服了常规演示装置存在的一些缺陷和弊端,真正实现了对磁阻尼现象的全程动态观察。在实践中,类似的情况还有很多,希望笔者的改进、思考和尝试,能为广大教师带来更多有益的启示,从而进一步丰富实验教学素材、教学手段和课程资源,为物理新课程改革的顺利实施助力赋能。
参考文献
[1] 徐婷婷.对金属管式楞次定律演示器的两种改进方案[J].中学物理,2021(3):50-51.
[2] 刘小洪,文雯.谈电磁感应中“来拒去留”的实验教学方法[J].物理教学,2020(1):24-26.
沈明 杨刚 江苏省大丰高级中学 |