電動機是中學物理課程中一部分重要的內(nèi)容，自己動手制作一臺簡易的電動機，對理解電動機的工作原理很有好處。本期介紹一個“活塞式”電動機模型，其與傳統(tǒng)意義上的電動機結(jié)構(gòu)迥異，它的動作結(jié)構(gòu)與內(nèi)燃機更為相似，同樣具有飛輪、曲軸、連桿、氣缸和活塞，十分有趣。

“活塞式”電動機的基本結(jié)構(gòu)包括塑料瓶蓋做的飛輪、鋼絲做的曲軸和連桿、PVC塑料管做的“氣缸”，它的“活塞”是一塊高強度磁鐵。當然它還具備電動機的特征，包括漆包線繞成的線圈和2節(jié)5號干電池做的電源。

安裝上電池，只要用手輕輕轉(zhuǎn)動飛輪，電動機就會持續(xù)運轉(zhuǎn)起來，磁鐵做成的“活塞”在PVC管“氣缸”里上下運動，通過連桿轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動，曲軸帶動飛輪轉(zhuǎn)動，而飛輪的作用與在內(nèi)燃機里的一樣，即在做功“沖程”時儲存能量，在其他時間釋放能量。

制作材料與工具

材料：PVC塑料管一段（外徑16毫米，用來做支架和“氣缸”），鋼絲（用來做曲軸和連桿），細塑料管一段（用來做曲軸和連桿的限位），電池盒1個，木板底座1塊，直徑12毫米的強磁鐵1塊，圓孔直徑3毫米的接線端子1個，大的塑料瓶蓋1個（用來做飛輪），直徑0.27毫米的漆包線若干、紅、綠導線各1根。

工具：鉗子、AB膠、小刀、鋼銼、鋼鋸。

制 作 過 程

1. 用鋼鋸把PVC管鋸成長約12厘米和5厘米的兩段，長的做支架，短的做“氣缸”。鋼絲截成長約10厘米和6厘米的兩段，長的做曲軸，短的做連桿。

2. 用鉗子彎曲長的鋼絲，做成曲軸。接線端子用AB膠粘在短鋼絲的一端，做成連桿。用小刀在長的PVC管，即在支架的一端對稱鉆兩個小孔，把曲軸穿過去。連桿也穿到曲軸上，把白色的細塑料管剪成小段，用作限位。

3. 在塑料瓶蓋正中鉆孔，并套在曲軸的末端，支架用AB膠粘牢在木板底座上。

4. 用AB膠把飛輪與曲軸末端粘在一起。飛輪與支架之間的白色細塑料管是活動的，這樣既能使飛輪與支架保持一定的距離，又能最大程度地減小摩擦力。曲軸另外一端的白色細塑料管也用膠粘牢，其他限位管保持活動，以降低轉(zhuǎn)動時候的摩擦力。

5. 把強磁鐵吸在連桿下端，作為電動機的運動“活塞”。事先用鋼銼把連桿下端銼平整，這樣只需靠磁力連接就可以很牢固。至此，“活塞式”電動機的主體結(jié)構(gòu)制作完成。

6. 接下來開始電磁方面的制作。在作為“氣缸”的PVC管上打孔，交叉穿過4根牙簽，用作纏繞線圈的支架。用直徑0.27毫米的漆包線繞300圈，就做成了這臺電動機的動力來源——電磁鐵線圈。

7. 把纏繞了線圈的“氣缸”放在連桿旁邊，調(diào)整它的高度。要求“活塞”在最低位置時，略高于線圈的上端；最高位置時，又不能脫離“氣缸”。

把“活塞”裝入“氣缸”，對正位置后，用AB膠把“氣缸”粘牢在底座上。電磁鐵線圈兩端漆包線上的絕緣漆用小刀刮掉，露出能夠?qū)щ姷你~絲，分別與電源的兩極連接。當電磁鐵產(chǎn)生的磁場向上排斥磁鐵的時候，記住線圈的正負極連接方式。

8. 取紅、綠兩色導線各1根，電源正極接電磁鐵線圈的一端，線圈另一端接紅色導線；電源負極接綠色導線。當2根導線末端接觸在一起時，電流就會流經(jīng)電磁鐵線圈，產(chǎn)生磁力，推動強磁鐵做的“活塞”向上運動。

9. 把兩根導線的末端作為“電刷”，這是該“活塞式”電動機能夠運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵：當磁鐵“活塞”在“氣缸”的最下方，連桿豎直向下的時候，兩根電刷并排在連桿旁邊，互相之間沒有接觸。

當用手逆時針轉(zhuǎn)動飛輪時，曲軸向電刷一側(cè)擺動，與電刷接觸，使得兩根電刷短路，此時電路接通，電磁鐵通電產(chǎn)生磁性，向上排斥磁鐵“活塞”，產(chǎn)生一個動力，使得飛輪繼續(xù)運轉(zhuǎn)。循環(huán)往復，活塞上下翻飛，曲軸連桿擺動，飛輪旋轉(zhuǎn)，頗有活塞式內(nèi)燃機的架勢，趣味性很強。

進 階

1.“活塞式”電動機制作簡單，實際運轉(zhuǎn)效果也不錯，但如果仔細觀察你會發(fā)現(xiàn)，電動機在停止轉(zhuǎn)動之后，磁鐵“活塞”總是停在“氣缸”最下方的位置。這是因為它太重了，導致整個系統(tǒng)的“質(zhì)心”偏離了轉(zhuǎn)軸，因此這個電動機轉(zhuǎn)動起來之后震動很大，同時也額外消耗了能量。如何改變這一不足呢？

當“活塞”在最下方的位置時，我們可以在飛輪的上方利用磁鐵進行配重。改變磁鐵的重量和位置，從而抵消由“活塞”的重量造成的偏心。經(jīng)過配重之后，轉(zhuǎn)動飛輪，它可以停止在任意位置，這樣當快速轉(zhuǎn)動起來之后，不但轉(zhuǎn)速增加了，整個系統(tǒng)也會更加平穩(wěn)。

2. 調(diào)整電刷的位置，置于支架內(nèi)，使其更加隱蔽，效果更好。當磁鐵“活塞”向上運動時，曲軸讓兩根電刷短路，接通電路，電動機獲得動力。當“活塞”開始向下運動時，曲軸旋轉(zhuǎn)了180度。在曲軸的另外一面粘貼上絕緣膠帶，這時電路就會斷開，但電動機依靠飛輪儲存的動能可以持續(xù)運轉(zhuǎn)。

通過自制“活塞式”電動機，你是否已經(jīng)對電動機的工作原理有了更深的認識？嘗試利用“活塞式”電動機作為動力系統(tǒng)制作一個有趣的作品與大家分享吧！