陳士元

(南京市高淳區(qū)第二中學,江蘇　南京　210013)

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簡單直流電動機設計與制作

陳士元

(南京市高淳區(qū)第二中學,江蘇南京210013)

在蘇科版、滬科版、人教版的初中物理教材中都有相應的教學內(nèi)容涉及簡單直流電動機，根據(jù)的物理原理相同,但設計的方法不同.在教學中教師如何完成教學任務？動手制作簡單直流電動機所需的材料和工藝問題如何解決？筆者進行了嘗試，提供了參考意見.

簡單直流電動機；設計；制作

簡單直流電動機在蘇科版、滬科版、人教版的初中物理教材中都有相應的設計,相同的物理原理,不同的設計方法,筆者在教學實踐中發(fā)現(xiàn)三種版本教材中的設計各有所長,經(jīng)過實踐摸索，總結出了具有特色的制作方法.

1　蘇科版教材中簡單直流電動機內(nèi)容分析

圖1

蘇科版初中物理教材涉及簡單直流電動機,如圖1所示，教材設計的意圖是想讓老師和學生動手制作.在實際工作中,卻發(fā)現(xiàn)看起來簡單做起來難.2013年為參加江蘇省初中物理教師實驗技能大賽,南京市教育局技裝處開辦了初中物理實驗教學與技能培訓班,結業(yè)考核時要求設計并制作簡單直流電動機,結果是23位優(yōu)秀物理教師中只有幾位讓線圈轉動了起來.2014年南京市教研室舉辦學生“實驗能手”比賽,11支代表隊33名選手無一人能做成功.

簡單直流電動機模型在蘇科版初中物理教材中呈現(xiàn)了示意圖,對制作技術只提出了線圈兩端漆包線漆的刮法：一端全刮,另一端刮去一半.當然從圖示中可以看出,磁鐵是環(huán)形的、線圈是方形的而且是多匝，支架是銀白色金屬絲.底板是草綠色材料,支架可插入，對支架供電則沒有顯示.

2　滬科版教材中簡單直流電動機分析

比較滬科版與蘇科版初中物理教材中簡單直流電動機的制作,滬科版教材中設計得比較具體,如圖2所示，線圈支架采用回形針、固定用膠帶、底座是紙板、線圈漆包線用料長度是1m,制作后要能在支架上平衡轉動等等.線圈兩端都只刮去一半,且在同側.換向器是直流電機最重要的部件之一,當線圈剛轉過平衡位置時,換向器能自動改變線圈中電流的方向,從而改變線圈受力方向,使線圈連續(xù)轉動，磁鐵是條形的,豎直放置,從圖示看位置好像有點遠.蘇科版和滬科版二種教材雖然說法不一,但是從效果上來說是等價的.

圖2

3　人教版教材中簡單直流電動機分析

人教版教材對簡單直流電動機設計的特點是線圈簡單、尺寸要求具體,如圖3所示，矩形線圈的尺寸為3×2cm，磁鐵是蹄形磁鐵.但支架有點高，硬金屬絲材質(zhì)也不明確.

圖3

4　線圈面面觀

筆者有幸搜集到了老師們制作的7個線圈,如圖4、5所示，存在的問題:一是線圈形狀不規(guī)整,沒有用工具修整.二是對線圈的靜平衡和動平衡沒有校正,制作失敗.

5　簡單直流電動機模型的制作

筆者制作的指導思想是,選材要有參數(shù),方便他人參考學習,制作要說明要點，便于復制,適于推廣.漆包線粗了就硬,細了就軟,選材的粗細、軟硬程度要適合手工制作,一般選擇直徑在0.5mm左右，線圈匝數(shù)多少不是主要問題.筆者主張用單匝線圈,這樣材料耗用少.至于線圈的形狀,人教版和蘇科版為矩形,滬科版為圓形,筆者主張徒手做,可做成鴨蛋形，制作步驟如下：

(1) 準備材料:漆包線(線徑約0.5mm)、銅線(線徑約1mm)、電池盒、電池、發(fā)光二極管、一塊泡沫塑料(約7×9×2cm3)、小環(huán)形磁鐵(外徑約3cm)、老虎鉗、鋼鋸條等.

(2) 制作支架和底座,參考蘇科版教材，支架用材選銅質(zhì),如果是回形針會受到磁鐵的影響.選用直徑約1mm的銅絲,長度約8cm,如果是漆包線須刮去漆膜.用手彎成支架,如圖6所示.將兩個磁鐵并在一起放在泡沫塑料中央,兩個支架插在磁鐵邊緣處.

圖6

(3) 線圈的加工和制作采用最簡單的辦法,用長20cm左右的漆包線,預留2cm,在食手指上繞一下,將兩線絞在一起,這時有了一銅線環(huán),再讓長的一端從環(huán)中間穿過,到另一端再繞一下,一個線圈毛坯就做成了(如圖7).對線圈毛坯的鉸接處要用老虎鉗咬壓、固定好,并且要拍平線圈,抹直兩端引出線，兩端漆膜的處理參考蘇科版教材的方法.

圖7

(4) 線圈調(diào)試,參考滬科版教材，觀察線圈的靜平衡,將線圈放在支架上,觀察線圈平面,如果處于豎直狀態(tài),需調(diào)整線圈的邊框,理想狀態(tài)是處在水平面,但傾斜一點問題不大.觀察線圈的動平衡,用手指捻一下線圈的一端,觀察轉動時的平衡情況,如果發(fā)生跳起,說明線圈重心不在線圈平面內(nèi)需用硬物拍一下(線圈調(diào)試是關鍵技術也是核心技術).

(5) 連接并檢查電路,將1號電池裝入電池盒,兩個鱷魚夾分別夾在兩個支架上.借用發(fā)光二極管檢查支架間是否有電(如圖8).

圖8

(6) 試做,將線圈放在支架上,輕輕捻動,看看線圈能否轉起來(線圈的旋轉方向取決于電流方向和磁感線方向,服從左手定則),如果不轉，在確定支架有電的情況下,那肯定是線圈兩端接觸不好,需再用鋼鋸條輕輕地刮一次，特別是只刮去一半的一端.

6　制作技術總結

簡單電動機模型制作的技術要點:線圈制作好后,要進行靜平衡校正和動平衡校正,靜平衡校正是指線圈放在支架上,線圈平面不能處于豎直狀態(tài),校正方法是用手指擠壓一下線圈邊框,調(diào)整線圈的重心位置.動平衡校正是指用手捻一下線圈的一端,讓線圈轉起來,如果發(fā)現(xiàn)線圈轉動時有點跳,原因是線圈重心不在線圈平面內(nèi),校正方法是用平板拍一下,這樣線圈重心就回到線圈平面內(nèi)了，單匝的要比多匝的容易調(diào)整.

要注意的細節(jié)是,二個支架凹槽高度要相同.用發(fā)光二極管測試確定支架上有電,放上線圈用手捻動線圈,發(fā)現(xiàn)不動,再用鋼鋸條刮幾下線圈接觸支架的兩端線,以確保接觸良好.筆者在南京市各區(qū)開設實驗技術講座,在實際操作中,有老師發(fā)現(xiàn)漆包線漆刮去一半改為三分之二效果會更好一些.也有老師指出：刮漆很重要,一定要仔細刮干凈、刮徹底.