低成本物理实验之自制微动力发电演示装置
低成本物理实验之自制微动力发电演示装置 “电磁感应”作为高中物理选修3-2中重要的内容，也 是学生最感兴趣的内容之一，即使他们在学习后往往也是知 其然而不知其所以然，在实际运用中也容易屡现问题。永磁 直流电动机，也可作为直流发电机使用，其典型应用是汽车 的启动马达，集电动机与发电机于一体，学生对此并不陌生。用实验室通常配置的教学直流电动机发电，并不是什么新鲜 之事，但明显缺陷有二：一是需要较大力量才能驱动；
二是 直流电动机的正、反方向转动将直接影响输出电压正负极性 的颠倒。因此，若用它演示双向风力发电、潮汐发电的现象 效果不明显，而且在驱动LED灯珠以及给外接电子产品充电 时要常常调换正负极性，不方便。为让学生充分理解和运用 “电磁感应”的相关原理，以及克服实验室器材的不足，本 文将分享笔者自制的“微动力发电”演示装置及其制作、工 作原理。
一、“微动力发电”演示装置设计与制作 本文中的“微动力”指用较小的驱动力就可以驱动发电 演示装置正常工作，如在室内用嘴吹气就能驱动，或轻轻来 回拧动、摇动也能驱动。根据学生的认知特点和实际教学需 要，笔者经多次改进设计与完善，将“微动力发电”演示装 置依照图1所示的电路图并安装好，所需元件材料如表1所示。二、“微动力发电”演示装置的工作原理 “微动力发电”演示装置以减速直流电动机为核心发电 部件M，该类型电动机经多级齿轮机械传动，改变输入与输 出的力矩比，仅需微小的输入力矩便可驱动电机转动，从而 产生感应电流。无论发电机M是正方向转动还是反方向转动， 经桥式整流电路后，电流均沿固定方向流动。正因如此，可 以演示两相反风向的风力发电，以及潮汐发电的相关原理。
同时用手来回往复拧动电机转轴，也可以产生恒定方向的电 流，从而达到微动力振动发电的目的。
为了使发电机M产生的电更为直观可见，演示装置中应 用了数字电压表表头，可以直接观察到发电机所产生电压的 数值，同时经过稳压电路和USB输出端，可直接为外接电子 产品充电。
三、实践与应用 “微动力发电”的演示实验装置，在“电磁感应”教学 中，可演示微振动发电、双向风力发电、潮汐发电等相关发 电原理，通过轻轻来回拧动或转动直流电机转轴，即可将机 械能转化为电能，其产生电压及其输出状态可实时通过数显 装置显示出来，同时配置的USB输出端还可为智能手机、平 板电脑、MP3等用电器快速充电，集中学物理教学演示和移 动充电于一体。该装置取材方便，成本低廉，课堂教学演示 效果极好。同时，教师和学生皆可亲手制作，可作为学生课 外科技创新活动的内容，能极大激发学生物理学习兴趣和创新思维，提升学生的动手实践能力。