韓亞東 陳 超 拾景忠

(江蘇師范大學(xué) 江蘇 徐州 221116)

初中物理“電動(dòng)機(jī)”教學(xué)中，一般使用的電動(dòng)機(jī)教具大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并附屬“換向器”“電刷”等結(jié)構(gòu)，此外，轉(zhuǎn)子部分并不是空心矩形線圈，這與教材提供的空心線圈轉(zhuǎn)子是有差別的，學(xué)生不容易將兩者統(tǒng)一起來，并很難鞏固好本節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)“通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的作用”, 從而引起學(xué)習(xí)障礙.同時(shí)，學(xué)生對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電流的換向有一定的疑惑,總會(huì)想到把電源的正負(fù)極交換方向來改變電流的方向.為此我們?cè)跍?zhǔn)備參加“第五屆全國(guó)大學(xué)生物理教學(xué)技能展評(píng)”訓(xùn)練過程中摸索出了一種非常簡(jiǎn)單的、并能讓學(xué)生自己動(dòng)手制作的電動(dòng)機(jī)模型，通過制作帶有 “手動(dòng)換向器”的直流電動(dòng)機(jī)解決了以上教學(xué)中存在的問題，使學(xué)生對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作原理以及換向器的原理有了直觀的了解，效果頗佳.

1 制作材料

選取直徑為0.8 mm的漆包線2 m左右(制作線圈)，直徑為2.5 mm銅絲長(zhǎng)30 cm左右兩根(作為電動(dòng)機(jī)的支架)，矩形木板1塊，其尺寸大小約30 cm×40 cm(作為電動(dòng)機(jī)的底座)，矩形強(qiáng)性磁鐵1個(gè)(作為磁場(chǎng))，1號(hào)電池4節(jié)及電池盒，雙刀雙擲開關(guān)1只(改裝為換向器)，導(dǎo)線若干.

2 設(shè)計(jì)原理

用銅絲做兩個(gè)支架，(如圖1所示)既起到支撐的作用，同時(shí)又有導(dǎo)電的作用，在支架的下方放一塊強(qiáng)性磁鋼，在它的周圍存會(huì)在一定的磁場(chǎng)，用漆包線繞成了一個(gè)矩形線圈，讓我們把它放在支架上，為了便于通電，要把兩端引線的漆皮刮掉.這時(shí)連接好電路，我們會(huì)看到矩形線圈并沒有連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而是來回的擺動(dòng).這就需要再做一個(gè)能夠改變電流方向的換向器.

圖1 沒有換向器的簡(jiǎn)易直流電動(dòng)機(jī)教具

用雙刀雙擲開關(guān)改裝成一個(gè)“手動(dòng)換向器”.如圖2所示，用兩根導(dǎo)線把雙刀雙擲開關(guān)的1和6,3和4接線柱連接起來.這樣當(dāng)開關(guān)閉合到a端，我們看到電流從正極出發(fā)，由2-1-c-d-4-5，按照這樣的路徑經(jīng)過電動(dòng)機(jī)，最后回到負(fù)極；當(dāng)我們改變開關(guān)的方向，閉合到b端時(shí)，電流從正極出發(fā)，由2-3-4-d-c-1-6-5,電流卻按照這樣的路徑經(jīng)過電動(dòng)機(jī), 最后回到負(fù)極.很顯然，當(dāng)開關(guān)閉合的方向改變時(shí)，經(jīng)過電動(dòng)機(jī)的電流方向也改變了.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過平衡位置的時(shí)候，我們通過改變開關(guān)的方向來改變電流的方向，這樣線圈就可以隨著手動(dòng)調(diào)節(jié)開關(guān)的閉合方向連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)下去.

3 制作方法

(1)用漆包線繞成一個(gè)矩形線圈，纏繞4或5圈，尺寸大小約20 cm×15 cm，兩端留出引線，要把漆皮刮掉.用直徑為2.5 mm的銅絲做兩個(gè)支架，用膠帶或圖釘固定在木板上.如圖1所示.

圖2 雙刀雙擲開關(guān)改裝成的“手動(dòng)換向器”

(2) 用兩根導(dǎo)線把雙刀雙擲開關(guān)的1和6,3和4接線柱連接起來.如圖2所示.

(3) 按圖1所示把線圈、磁鐵、支架、電池等組裝起來.

4 總結(jié)

(1)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過平衡位置的時(shí)候，要及時(shí)改變開關(guān)的方向，這樣線圈就才可以隨著手動(dòng)調(diào)節(jié)開關(guān)的閉合方向連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)下去.這一操作需要多多練習(xí)才能運(yùn)用自如，很有趣味性.

(2)本教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于學(xué)生觀察與分析.開關(guān)閉合方向的改變，會(huì)使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向發(fā)生改變，對(duì)前面的知識(shí)“當(dāng)電流方向改變，通電導(dǎo)線受到力的方向也發(fā)生改變”有很好的鞏固作用.同時(shí)對(duì)換向器的原理有了更直觀的了解.

(3)本教具在參加“第五屆全國(guó)大學(xué)生物理教學(xué)技能展評(píng)”中發(fā)揮了重要作用，受到評(píng)委專家的一致好評(píng)，同時(shí)第一作者獲得了物理教學(xué)技能展評(píng)一等獎(jiǎng).