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人教版普通高中课程标准实验教科书“电磁波的发现”一节,介绍了“赫兹的电火花”实验.该实验证明了麦克斯韦的一个伟大预言——空间可能存在电磁波,把天才的预言变成了世人公认的真理,并为无线电技术的发展开拓了道路.教材在“做一做”栏目里还介绍了“捕捉电磁波”的实验.笔者认为做好“电磁波”实验,有利于学生对电磁波的理解,有助于学生形成科学的世界观和科学价值观.为此,设计了几个简单易做、现象明显的电磁波实验.
1 氖管捕捉电磁波
(1)实验器材:J1206型感应圈、氖管、自制天线、蓄电池(6 V)或4节干电池和导线等.
(2)自制天线:用螺丝把长50cm的2根铝槽(制度牌的外框包装铝材)相距8cm固定在木条上,木条中心开一圆孔,作发射天线,2根铝槽相对端各固定1根感应圈的放电针,针尖相距约1 cm.另制1根与此相同的天线作接收天线,接收天线2根铝槽相对端连接1个氖管,作接收电磁波的显示器.发射天线和接收天线的木条套在同一根PVC管上,如图1所示.
(3)实验演示:用导线把感应圈的2根放电金属柱分别与发射天线上的2根放电针连接,感应圈的电源接线柱与蓄电池连接,如图1.
闭合感应圈开关,感应圈工作产生的高压电动势,加在发射天线上,把放电针之间的空气击穿,产生耀眼的放电火花.同时,可看到靠近(相距10 cm内)并与发射天线平行的接收天线上的氖管发光,说明接收天线接收到了发射天线的电磁波.转动接收天线,当接收天线与发射天线垂直时,氖管不发光,说明接收天线不能接收发射天线的电磁波.
2 复读机接收电磁波
(1)实验器材:自制天线、多功能车用扩音机(MP3A60,自带MP3播放器,配有可存储歌曲的U盘,电子市场有售)、复读机和导线等.
(2)实验演示:撤除上述“自制天线”中的放电针和氖管,用导线把发射天线与扩音机的输出端连接在一起,把接收天线与复读机的磁头采集线连接在一起,如图3所示.接收天线与发射天线平行,并使它们相距40 cm以内.
接通扩音机电源,让扩音机播放U盘里存储的MP3歌曲,调节扩音机的音量按钮在较大位置,歌曲的音频信号经扩音机放大后,在发射天线上发射出去.此时,闭合复读机的放音键,复读机便可发声唱歌,说明接收天线接收到了发射天线发射的电磁波.改变接收天线与发射天线之间的距离,复读机的响声随之改变;转动接收天线,当接收天线与发射天线垂直时,复读机没有声音,说明接收天线不能接收到发射天线的电磁波.
3 人体天线发射接收电磁波
(1)实验器材:多功能车用扩音机、复读机和导线等.
(2)实验演示:让1个学生站立拿住与扩音机输出端连接的1根导线(另一根导线与空气接触)的线头,作人体发射天线,另一位学生站立拿住与复读机磁头采集线连接的1根导线(另一根导线与空气接触)的线头,作接收天线,如图4所示.
接通扩音机电源,让扩音机播放U盘里存储的MP3歌曲,调节扩音机的音量按钮在较大位置,歌曲的音频信号经扩音机放大后,通过人体发射天线发射出去.此时,让作接收天线的学生闭合复读机的放音键,并靠近作发射天线的学生,复读机便可发声唱歌,说明人体天线接收到了另一人体天线发射的电磁波.
人体天线发射、接收电磁波的实验演示,由于明显的实验现象和学生的参与,能极大地激发学生学习的积极性.
1 氖管捕捉电磁波
(1)实验器材:J1206型感应圈、氖管、自制天线、蓄电池(6 V)或4节干电池和导线等.
(2)自制天线:用螺丝把长50cm的2根铝槽(制度牌的外框包装铝材)相距8cm固定在木条上,木条中心开一圆孔,作发射天线,2根铝槽相对端各固定1根感应圈的放电针,针尖相距约1 cm.另制1根与此相同的天线作接收天线,接收天线2根铝槽相对端连接1个氖管,作接收电磁波的显示器.发射天线和接收天线的木条套在同一根PVC管上,如图1所示.
(3)实验演示:用导线把感应圈的2根放电金属柱分别与发射天线上的2根放电针连接,感应圈的电源接线柱与蓄电池连接,如图1.
闭合感应圈开关,感应圈工作产生的高压电动势,加在发射天线上,把放电针之间的空气击穿,产生耀眼的放电火花.同时,可看到靠近(相距10 cm内)并与发射天线平行的接收天线上的氖管发光,说明接收天线接收到了发射天线的电磁波.转动接收天线,当接收天线与发射天线垂直时,氖管不发光,说明接收天线不能接收发射天线的电磁波.
2 复读机接收电磁波
(1)实验器材:自制天线、多功能车用扩音机(MP3A60,自带MP3播放器,配有可存储歌曲的U盘,电子市场有售)、复读机和导线等.
(2)实验演示:撤除上述“自制天线”中的放电针和氖管,用导线把发射天线与扩音机的输出端连接在一起,把接收天线与复读机的磁头采集线连接在一起,如图3所示.接收天线与发射天线平行,并使它们相距40 cm以内.
接通扩音机电源,让扩音机播放U盘里存储的MP3歌曲,调节扩音机的音量按钮在较大位置,歌曲的音频信号经扩音机放大后,在发射天线上发射出去.此时,闭合复读机的放音键,复读机便可发声唱歌,说明接收天线接收到了发射天线发射的电磁波.改变接收天线与发射天线之间的距离,复读机的响声随之改变;转动接收天线,当接收天线与发射天线垂直时,复读机没有声音,说明接收天线不能接收到发射天线的电磁波.
3 人体天线发射接收电磁波
(1)实验器材:多功能车用扩音机、复读机和导线等.
(2)实验演示:让1个学生站立拿住与扩音机输出端连接的1根导线(另一根导线与空气接触)的线头,作人体发射天线,另一位学生站立拿住与复读机磁头采集线连接的1根导线(另一根导线与空气接触)的线头,作接收天线,如图4所示.
接通扩音机电源,让扩音机播放U盘里存储的MP3歌曲,调节扩音机的音量按钮在较大位置,歌曲的音频信号经扩音机放大后,通过人体发射天线发射出去.此时,让作接收天线的学生闭合复读机的放音键,并靠近作发射天线的学生,复读机便可发声唱歌,说明人体天线接收到了另一人体天线发射的电磁波.
人体天线发射、接收电磁波的实验演示,由于明显的实验现象和学生的参与,能极大地激发学生学习的积极性.