这是 Haitao Feng，Xiangyang Zhu，Yajun Wei 发表在 2025 年 03 月 《The Physics Teacher》 期刊上的一篇文章。 传统的扬声器是由载流线圈和永磁铁构成。当电流李国线圈，会产生磁场并与永磁铁作用，并引起扬声器的覆膜振动，从而产生声音。如图1 所示，不同于传统的扬声器，本文的设计比较简单，由线圈和铝制圆碗构成，当有交流电通过线圈，产生变化的磁场，靠近线圈的铝制圆碗的磁通量变化，从而产生涡流，引起振动从而产生声音。 图2 展示了装置的正视图和俯视图， 这种设计无需使用永久磁铁或复杂的活动部件。提供了一个直接、高效和具有教育意义的电磁感应教学范例。此外，通过在课堂上播放音乐，为教学引入了娱乐元素。 原文链接: https://doi.org/10.1119/5.0261102
这是 James Lincoln 发表在 2024 年 01月《The Physics Teacher》的一篇论文。 运动电荷或者一截电流产生的磁场公式会在物理中讲到，但很少有实验能证明这一点。这篇文章详细介绍了如何进行该实验，有效地证明磁场以 $1/r^2$ 减小——这就是毕奥-萨伐尔定律。在智能手机中内置磁力计，可以安装 Phyphox 来进行试验。 有论文已经证明，一个长的 U 型载流导线可以模拟无穷小电流，如图 1 所示。 导线转折成 90 度可以减少对磁场的贡献，该实验需要在塑料板或者纸板上进行。 毕奥-萨伐尔定律可以写为： $$ d\overrightarrow{B} = \frac{\mu_0}{4\pi}\frac{I d\overrightarrow{l} \times \hat{r} }{r^2} $$ 但这个公式针对的是无限小长度电流。在论文的实验中，假设电流长度为 $L$，探针与电流段的垂直距离为 $r$。因此，磁场 $B$ 的公式为： $$ B = \frac{\mu_0}{4\pi}\frac{IL}{r^2} $$ 考虑 $IL = (q/t)L = qv$，则可以将上式写成 $$ B = \frac{\mu_0 qv}{4\pi r^2} $$ 其中 $v$ 是电荷的漂移速度，远小于光速。 实验步骤： 安装 Phyphox 软件，在磁力计采集数据前，移动手中的回形针，确定手机中磁力计位置。 将手机放在塑料或者纸板上，在 $z$ 方向要扣除地球的磁场； 如图3 所示，U型导线和手机平行，距离磁力计约 5cm 位置，测量磁场随着电流的变化，如图 3 所示。 ...
这是 Nam H. Nguyen, Quy C. Tran, Thach A. Nguyen, Trung V. Phan 发表在 2024 年 01 月《The Physics Teacher》的一篇论文。 在物理书上一般会写明：带电导体内部的电场为零，但这是对电荷是连续分布时适用的——如果在表面只带了一个电荷，那么导体内部的电场无论都不会为零。这篇文章研究了离散电荷对导体内部电场的影响，随着离散电荷数量增加，该模型就趋于导体表面电荷连续分布的情况。 方便起见，电荷分布在二维平面，电荷总量是偶数，并对称分布，如图1 所示。 每个电荷 $q$ 所在位置对应的角度为 $\theta_n = \pi (n – 1/2)/N$，总电量为 $Q$，则每个电荷 $q = Q/(2N)$，设置为自然单位制，则在水平方向 $x$ 处的电场强度为 $$ E(x) = \frac{1}{N} \sum_{n=1}^{N} \frac{x-cos\theta_n}{(x-cos\theta_n)^2+(sin \theta)^2} $$ 图2 绘制了不同的离散电荷数量 $N$下，电场强度 $E$ 和 $x$ 的关系：当 $N\gt0$，在 $x \gg 1$ 处，电场强度随着 $x$ 的增加而减小，满足 $1/x$ 的关系。当 $N \gg 1$ 时，电场在导体内部会很快消失，只存在边界处。 ...
这是 Andrew Ferstl 发表在 2024 年 12 月《The Physics Teacher》的一篇论文。 这篇文章描述了对于连续分布的电厂用模拟替代实验的教学过程，并用 PhET 模拟值和理论值进行比较。 教学活动如下： 练习创建积分，以计算连续电荷分布周围的电场； 在模拟器上构建一个电荷分布； 计算电荷分布周围特定位置的电场，并通过模拟检查计算结果是否正确； 找出电荷分布的特征，便于理解。 理论推导有限长带电直导线在轴线方向的电场强度 $$ E_t = \int_{0}^{L} k\frac{1}{(s+u)^2}\frac{Q}{L}du = kQ\left [ \frac{1}{s(s+u)} \right ] $$ 假定杆长度 $L = 150 \pm 2 cm$，杆上带电 $Q=9nC$，距杆子轴线 $s= 150 \pm 2 cm$ 处的电场强度为 $18.3N/C$。 用 PhET 绘制电荷分布， 并测量轴线某点的电场强度，理论和模拟值如下表所示 教师还可以让学生从对称的角度思考，在 PhET 模拟中测量对称位置的电场强度大小，如下图所示 在完成带电杆子轴线方向的电场问题后，教师可要求学生通过模拟预测和比较其他几何图形的电场，如有限带电棒的垂直平分线处的电场、均匀带电半圆中心的电场、半正半负带电棒的电场以及其他一维电荷配置的电场。 ...
这是Francisco M. Muñoz-Pérez, Juan C. Castro-Palacio, José Guerra-Carmenate, Miguel E. Iglesias-Martínez, Pedro Fernández de Córdoba, and Juan A. Monsoriu 发表在 2024 年 09 月《The Physics Teacher》的一篇论文。 传统RC、RLC 电路是用信号发生器产生电路的输入信号，再用示波器测量电压。这边文章描述了将信号发生器连接 LED，LED 将电信号转换为光信号发射到太阳能板，通过太阳能板接收的电压来演示电路特性，提升了学生对简单电路的兴趣。 LiFi （Light Fidelity，光照上网技术，利用可见光实现互联网通讯）通讯具有高带宽（其带宽比起广播至少可以携带1000倍以上的数据）。把信号发生器变成LiFi 装置，LED 既可以用来照明，又可以传输信号。 如图1 所示，将信号发生器连接 LED 灯，太阳能板的正负极连接示波器。 设置信号发生器的波形为 方波、正弦波，则太阳能板接收到的光转换成的电信号也为方波和正弦波，如图2 所示。 还可以将LED 连接方波发生器，把太阳能板当作 RC 电路的电源，示波器连接电容器两端测量电压，如果3 所示。 最后论文中将手机的声音接口连接 LED，将声音信号转换为光信号，使得 LED 发光；太阳能板连接喇叭，则当手机播放音频时，该装置可以将声音信号（输入） - LED 光信号 -（传递）- 太阳能板光信号 - 喇叭声音（输出） ，如图4 所示。 ...