通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的新演示

劉成國(guó)蘇樹(shù)龍①

(平山縣崗南中學(xué)河北 石家莊050408)

作者簡(jiǎn)介：①蘇樹(shù)龍(1957-)，男，中教高級(jí),從事物理教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教具的研究.

收稿日期：(2015-03-31)

此設(shè)計(jì)是為了探究通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)情況，轉(zhuǎn)子周?chē)拇艌?chǎng)分布是怎樣的，為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，受到怎樣的一種力？為什么這種受力轉(zhuǎn)動(dòng)不用換向器？讓學(xué)生明白通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的道理，感受實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程和方法.

1裝置特點(diǎn)及用途

1.1特點(diǎn)

(1)該教具結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，制作容易，操作簡(jiǎn)便，效果顯著，適合學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)，能引起學(xué)生極大的興趣.

(2)設(shè)計(jì)新穎，意想不到的現(xiàn)象可以激起學(xué)生的創(chuàng)新欲望.原理簡(jiǎn)單，一看就明白，便于推廣.

1.2本設(shè)計(jì)裝置的主要用途

(1)通過(guò)這個(gè)有趣的探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)、鞏固有關(guān)電流和磁場(chǎng)間相互作用的關(guān)系，電動(dòng)機(jī)受力原理.學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)探究的方法.

(2)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)腦動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

2制作材料

環(huán)形磁鐵，鐵片或銅片、鋁片，銅絲導(dǎo)線(xiàn)等.

3制作方法

設(shè)計(jì)裝置如圖1和圖2所示.

把一個(gè)廢舊喇叭上拆下的環(huán)形磁鐵放在一塊木板上，在環(huán)形磁鐵上放一塊圓形鋁板或圓形銅片.圖中的固定導(dǎo)體就是一根銅絲或其他金屬絲，把它放進(jìn)圓形鋁板和環(huán)形磁鐵的中間，注意固定導(dǎo)體和圓形鋁板間是絕緣的.穿過(guò)圓形鋁板和環(huán)形磁鐵的固定導(dǎo)體作為一個(gè)接線(xiàn)柱A；另一個(gè)接線(xiàn)柱B是從圓形鋁板上引下來(lái)的.這兩個(gè)接線(xiàn)柱是用來(lái)接電源的；轉(zhuǎn)子用非鐵質(zhì)的導(dǎo)電金屬片剪成如圖形狀，或用從過(guò)去舊機(jī)械表上拆下的齒輪和一根銅絲做成如圖2所示轉(zhuǎn)子，按圖裝好即可.

圖1　結(jié)構(gòu)圖

圖2　各種形狀轉(zhuǎn)子

4使用方法及原理

將制作好的金屬片轉(zhuǎn)子按圖1放上，接通電源(3～6V)，金屬片轉(zhuǎn)子就繞中間軸轉(zhuǎn)動(dòng).電壓大，轉(zhuǎn)速快，電壓小，轉(zhuǎn)速慢.改變電流方向，轉(zhuǎn)動(dòng)方向隨之改變.當(dāng)然也可改變磁場(chǎng)方向.這種金屬片轉(zhuǎn)子受力轉(zhuǎn)動(dòng)不需要換向器.(書(shū)中講到的電動(dòng)機(jī)如果沒(méi)有換向器，通以直流電的線(xiàn)圈在相鄰的兩個(gè)半周對(duì)稱(chēng)位置受到的力矩總是反向的，那么線(xiàn)圈就不能連續(xù)地

轉(zhuǎn)動(dòng).但這個(gè)金屬片轉(zhuǎn)子用的方法是使金屬片轉(zhuǎn)子始終通過(guò)轉(zhuǎn)軸通電，電流方向改變，磁場(chǎng)方向不變，轉(zhuǎn)軸受到始終和它水平垂直方向的力，在這個(gè)力的作用下轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái).比如，電流是從A接線(xiàn)柱流入，通過(guò)固定導(dǎo)體、轉(zhuǎn)軸和金屬片轉(zhuǎn)子，再通過(guò)圓形鋁板從接線(xiàn)柱B流出，假如磁場(chǎng)方向向下，根據(jù)安培定則，受力F如圖1所示.

此教具的創(chuàng)新之處在于，突破了以往電動(dòng)機(jī)的線(xiàn)圈隨著軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而且需要換向器，此教具沒(méi)有換向器，不存在平衡點(diǎn)，任何位置都可啟動(dòng)，因此制作非常方便；其次，教具設(shè)計(jì)非常巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一看就會(huì)做，因此構(gòu)造具有可見(jiàn)性、簡(jiǎn)潔性和美感；另外，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象突出了直觀(guān)性、奇特性和趣味性.

通過(guò)這些電磁教具的制作實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生們可以獲得有關(guān)電和磁聯(lián)系方面的感性知識(shí)，也能理解過(guò)去的科學(xué)發(fā)明在現(xiàn)代生活中所產(chǎn)生的巨大影響(如電動(dòng)機(jī)在許多小電器中都會(huì)找到，日常使用的電器，如電話(huà)機(jī)、攪拌機(jī)、門(mén)鈴等都有電動(dòng)機(jī))，從而培養(yǎng)他們愛(ài)科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的志趣.