Question

9．小明在學(xué)校的物理儀器室看到了一臺新奇的儀器，標(biāo)簽上寫著“手搖發(fā)電機模型”，如圖甲所示．征得老師同意后，小明把這臺儀器拿到實驗室進行了詳細的研究．他發(fā)現(xiàn)：從外觀看，儀器的結(jié)構(gòu)主要包括一個大磁鐵、一個銅導(dǎo)線繞成的線圈、一個大轉(zhuǎn)盤、一個裝有小燈泡的底座等；當(dāng)用力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤的手柄時，底座上安裝的小燈泡就會發(fā)光；轉(zhuǎn)動越快，燈泡越亮．
（1）考慮到發(fā)電機模型的結(jié)構(gòu)仍然比較復(fù)雜，小明計劃用一U形磁鐵替代模型中的大磁體、用一根銅棒替代模型中的銅線圈進一步探究，如圖乙所示．
實際上，像這樣將較為復(fù)雜的儀器、現(xiàn)象簡化為一些簡單的器材、現(xiàn)象并加以逐步、深入研究的科學(xué)探究和學(xué)習(xí)策略在我們學(xué)習(xí)初中物理的過程中不止一次的用到過，請你例舉一例簡單說明：首先通過奧斯特實驗認(rèn)識電流的磁效應(yīng)，進一步研究通電螺線的磁場、電磁鐵的結(jié)構(gòu)、特點等．
（2）即將開始實驗時，小明突然想到：很多電學(xué)實驗中都用到了滑動變阻器，我要不要也接一個滑動變阻器呢？請告訴小明你的選擇和理由：建議連接一滑動變阻器，因為此時我們并不確定能否產(chǎn)生電流以及電流的大小，接入滑動變阻器可以避免因未知電流過大而損壞實驗儀器的情況發(fā)生．
（3）小明還發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機模型轉(zhuǎn)動的越快、小燈泡就越亮，難道電流的大小與導(dǎo)線運動的速度有關(guān)？為了檢驗他的這一猜想是否正確，他可以怎么辦？讓導(dǎo)體先后以不同的速度切割磁感線，觀察靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)情況．
（4）通過實驗，小明發(fā)現(xiàn)，確實導(dǎo)體運動越快，所產(chǎn)生的電流越大，但對于其中的原因，小明一直很困惑．在學(xué)習(xí)了能量的相關(guān)知識后，小明突然意識到：運動越快意味著人給導(dǎo)體提供了更多的機械能，根據(jù)能量守恒定律可知，導(dǎo)體應(yīng)該轉(zhuǎn)化獲得更多的電能，同樣條件下，導(dǎo)體中的電流也就應(yīng)該更大一些了．

Answer 1

分析 （1）物理學(xué)在研究實際問題時，常常進行科學(xué)抽象，從復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過程中抽象出研究對象的本質(zhì)特征進行簡化描述，抓住研究問題主要特征，不考慮與當(dāng)前研究問題無關(guān)或影響較小的因素，構(gòu)建理想化的物理模型；
（2）滑動變阻器的作用有：保護電路；改變電路中的總電阻，從而改變電路電流與其它電路元件兩端電壓；
（3）感應(yīng)電流大小可能與磁場的強弱和導(dǎo)體切割磁感線運動的速度有關(guān)，探究過程中應(yīng)用控制變量法進行分析．要驗證感應(yīng)電流的大小和導(dǎo)體切割磁感線運動速度的關(guān)系，就要控制其它因素相同，而導(dǎo)體的運動的速度不同；
（4）閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動，在電路中就會產(chǎn)生電流，該現(xiàn)象就稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，發(fā)電機就是利用該原理制成的．導(dǎo)體在磁場中運動產(chǎn)生電流，說明機械能轉(zhuǎn)化成電能．

解答 解：（1）初中物理中出現(xiàn)的復(fù)雜的儀器、現(xiàn)象和過程較多，關(guān)鍵要抓住問題的主要方面，忽略問題的次要方面．
比如：首先根據(jù)抽氣機在抽取玻璃罩內(nèi)空氣的過程中聲音的變化，進一步研究聲音的是否需要介質(zhì)；
首先通過研究擰緊蓋子的空瓶子在水中的浮沉情況，進一步研究潛水艇的結(jié)構(gòu)和浮沉原理；
首先通過研究一根通電導(dǎo)體在磁場中的受力情況，進一步研究認(rèn)識電流表的原理、構(gòu)造、工作過程等．
（2）由于不確定電路中的電流大小，所以應(yīng)該連接一個滑動變阻器，連接電路時，將滑動變阻器的滑片滑到阻值最大的位置，使電路中的電流不至于過大，起保護電路的作用．
（3）要驗證感應(yīng)電流的大小與導(dǎo)線運動的速度有關(guān)，應(yīng)該控制其它條件不變，改變導(dǎo)體在磁場中運動的快慢，電流表的讀數(shù)增大，說明電流大小與導(dǎo)體在磁場中運動的快慢有關(guān)．
具體操作是讓導(dǎo)體先后以不同的速度切割磁感線，觀察靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)情況．
（4）發(fā)電機工作時將機械能轉(zhuǎn)化成電能．導(dǎo)體切割磁感線運動速度有關(guān)，速度越大，動能越大，根據(jù)能量守恒定律可知，機械能轉(zhuǎn)化成的電能就越多．
故答案為：
（1）①首先通過奧斯特實驗認(rèn)識電流的磁效應(yīng)，進一步研究通電螺線的磁場、電磁鐵的結(jié)構(gòu)、特點等．
②首先通過研究一根通電導(dǎo)體在磁場中的受力情況，進一步研究認(rèn)識電動機的原理、構(gòu)造、工作過程等．
③首先通過加熱試管中水將試管塞沖出，研究熱機的原理，進一步研究內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)、工作過程等．（合理即可）
（2）建議其連接一滑動變阻器．因為此時我們并不確定能否產(chǎn)生電流以及電流的大小，接入滑動變阻器可以避免因未知電流過大而損壞實驗儀器的情況發(fā)生．
（3）讓導(dǎo)體先后以不同的速度切割磁感線，觀察靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)情況．
（4）能量守恒定律．

點評 本題考查了物理學(xué)的研究方法、滑動變阻器的作用、發(fā)電機的工作原理及能量轉(zhuǎn)化等知識，是一道綜合性較強的題目，具有一定的難度．