通電導(dǎo)體在磁場中受力轉(zhuǎn)動的新演示

劉成國蘇樹龍①

(平山縣崗南中學(xué)河北 石家莊050408)

作者簡介：①蘇樹龍(1957-)，男，中教高級,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)體在磁場中受力轉(zhuǎn)動情況，轉(zhuǎn)子周圍的磁場分布是怎樣的，為什么會轉(zhuǎn)動，受到怎樣的一種力？為什么這種受力轉(zhuǎn)動不用換向器？讓學(xué)生明白通電導(dǎo)體在磁場中受力的道理，感受實(shí)驗(yàn)探究的過程和方法.

1裝置特點(diǎn)及用途

1.1特點(diǎn)

(1)該教具結(jié)構(gòu)非常簡單，制作容易，操作簡便，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)通過這個有趣的探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)、鞏固有關(guān)電流和磁場間相互作用的關(guān)系，電動機(jī)受力原理.學(xué)會實(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)新意識和動腦動手實(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)線等.

3制作方法

設(shè)計(jì)裝置如圖1和圖2所示.

把一個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.穿過圓形鋁板和環(huán)形磁鐵的固定導(dǎo)體作為一個接線柱A；另一個接線柱B是從圓形鋁板上引下來的.這兩個接線柱是用來接電源的；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.電壓大，轉(zhuǎn)速快，電壓小，轉(zhuǎn)速慢.改變電流方向，轉(zhuǎn)動方向隨之改變.當(dāng)然也可改變磁場方向.這種金屬片轉(zhuǎn)子受力轉(zhuǎn)動不需要換向器.(書中講到的電動機(jī)如果沒有換向器，通以直流電的線圈在相鄰的兩個半周對稱位置受到的力矩總是反向的，那么線圈就不能連續(xù)地

轉(zhuǎn)動.但這個金屬片轉(zhuǎn)子用的方法是使金屬片轉(zhuǎn)子始終通過轉(zhuǎn)軸通電，電流方向改變，磁場方向不變，轉(zhuǎn)軸受到始終和它水平垂直方向的力，在這個力的作用下轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來.比如，電流是從A接線柱流入，通過固定導(dǎo)體、轉(zhuǎn)軸和金屬片轉(zhuǎn)子，再通過圓形鋁板從接線柱B流出，假如磁場方向向下，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，突破了以往電動機(jī)的線圈隨著軸轉(zhuǎn)動，而且需要換向器，此教具沒有換向器，不存在平衡點(diǎn)，任何位置都可啟動，因此制作非常方便；其次，教具設(shè)計(jì)非常巧妙，結(jié)構(gòu)簡單，一看就會做，因此構(gòu)造具有可見性、簡潔性和美感；另外，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象突出了直觀性、奇特性和趣味性.

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