“磁電演示實(shí)驗(yàn)”新技術(shù)方案

摘要：運(yùn)用新型的磁性材料器件——大平面型磁塊，設(shè)計(jì)并制成磁電實(shí)驗(yàn)新型實(shí)驗(yàn)，效果很好。

關(guān)鍵詞：大平面型磁塊；磁電實(shí)驗(yàn)；新技術(shù)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148(2007)12(S)-0054-2

近幾十年來，中學(xué)物理教學(xué)中有關(guān)磁電系列演示實(shí)驗(yàn)都采用條形磁鐵和蹄型磁鐵為核心部件來設(shè)計(jì)及演示，用以演繹和講解有關(guān)電磁學(xué)的科學(xué)知識(shí)。傳統(tǒng)的磁電系列演示實(shí)驗(yàn)方式雖然沿用了幾十年，但缺點(diǎn)是明顯的：1、磁感強(qiáng)度B因磁鐵外型固定而難以改變；2、導(dǎo)線在磁場中的有效長度L不易調(diào)節(jié)；3、感應(yīng)電流大小受導(dǎo)線移動(dòng)速度的影響較難體現(xiàn)； 4、不利于用多媒體實(shí)物投影方式予以現(xiàn)場映播。

為了克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段存在的缺點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了磁電演示實(shí)驗(yàn)新技術(shù)方案，以充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的探索性和科學(xué)性。

技術(shù)方案分為“硬件部分”和“演示方法”兩大部分，詳述如下：

1 硬件部分

（1）平面磁塊實(shí)驗(yàn)組件。目前應(yīng)用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)較大平面型磁塊已經(jīng)成為易事，這是實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。我們?yōu)閷?shí)驗(yàn)用平面磁塊特制一副帶小圓孔（在兩邊外框的合適位置各鉆8個(gè)大小合適的圓孔，這些小圓孔編號(hào)為a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1，a2、b2、c2、d2、e2、f2、g2、h2，）的支架式外框，用粘合劑固定于平面磁塊兩端。如圖1所示⑤、⑥。

（2）專用導(dǎo)軌。選粗細(xì)均勻的銅質(zhì)鍍鎳管材或棒材兩根，每根一端各制出一個(gè)接線柱。如圖1所示③。

（3）可移動(dòng)導(dǎo)桿。為一根輕型銅質(zhì)鍍鎳管材，長度與平面磁塊寬度相等。如圖1所示④。

（4）磁感線顯示器。取與磁塊表面稍小的塑料薄片一塊，在其上打出幾排小孔，透過小孔用細(xì)線栓住有針孔的小段平直細(xì)鐵絲。如圖2所示。

（5）其它常規(guī)實(shí)驗(yàn)附件：如電池組、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線、微電流高靈敏檢流計(jì)等。

2 演示方法

（1）演示平面磁場的磁感線。先將平面磁塊實(shí)驗(yàn)組件水平放置在實(shí)物投影儀映示板上，然后將磁感線顯示器平放于其上，則立即可見塑料板上栓住的細(xì)鐵絲一根一根的豎起來了，這組細(xì)鐵絲的指向即代表了該處磁感線的方向。

（2）演示安培力。先將平面磁塊實(shí)驗(yàn)組件水平放置在投影儀映示板上，然后將一對專用導(dǎo)軌置于支架式外框一對小孔中，導(dǎo)軌由導(dǎo)線將需附件連接成圖4實(shí)驗(yàn)電路，放上導(dǎo)桿，演示“按下電鍵的瞬間導(dǎo)桿迅速水平移動(dòng)”過程，說明“通電導(dǎo)體在磁場中受到磁場力F的作用”。其方向可依左手定則判斷。

①演示F與電流強(qiáng)度I的關(guān)系。當(dāng)調(diào)整滑動(dòng)變阻器使I變大時(shí)，重復(fù)（2）實(shí)驗(yàn)過程，我們觀察到：導(dǎo)桿移動(dòng)速度變大，說明F與I成正比。

②演示F與導(dǎo)桿有效長度L的關(guān)系。改變導(dǎo)軌所在小孔的位置，即改變了導(dǎo)軌之間的間距，也就改變了導(dǎo)桿在磁場中的有效長度L，重復(fù)（2）實(shí)驗(yàn)過程，我們觀察到：當(dāng)L變大，導(dǎo)桿移動(dòng)速度變大，說明F與L成正比。

③演示F與磁感強(qiáng)度B的關(guān)系。改變（2）實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)軌所在小孔位置，即當(dāng)調(diào)換導(dǎo)軌在上面一排小孔時(shí)就減小了導(dǎo)桿所在空間的磁感強(qiáng)度B（離平面磁塊越遠(yuǎn)，磁感強(qiáng)度B越小），重復(fù)（2）實(shí)驗(yàn)過程，我們觀察到：當(dāng)B變小，導(dǎo)桿移動(dòng)速度也變小，說明F與B成正比。

綜合①②③可獲結(jié)論：F正比于B、I和L。并且實(shí)驗(yàn)過程皆可在投影儀下清晰有序的一一展現(xiàn)。若想引入“左手定則”只需加入紙制箭頭符號(hào)即可。若改變磁極方向（將磁塊翻一個(gè)面）、或改變電流方向（+、-）對調(diào)均能引起力F方向改變——印證“左手定則”。

（3）演示“感應(yīng)電流”。將平面磁塊實(shí)驗(yàn)組件水平放置在實(shí)物投影儀映示板上，將一對導(dǎo)軌置于一對小孔中，導(dǎo)軌由導(dǎo)線將所需附件連接成圖5實(shí)驗(yàn)電路，放上導(dǎo)桿，注視微電流檢流計(jì)指針，當(dāng)導(dǎo)桿沿導(dǎo)軌迅速平移時(shí)檢流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。其方向可依右手定則。

i大小與哪些因素有關(guān)呢？

①演示感應(yīng)電流i與導(dǎo)桿移動(dòng)速度v的關(guān)系。改變（3）實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)桿移動(dòng)速度，我們可觀察到：移動(dòng)速度越快則指針偏轉(zhuǎn)角度越大，說明i與v成正比。

②演示感應(yīng)電流i與導(dǎo)桿有效長度l的關(guān)系。改變（3）實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)軌所在小孔位置，即改變了導(dǎo)軌之間的間距，也就改變了導(dǎo)桿在磁場中的有效長度l，我們可觀察到：當(dāng)l變長則指針偏轉(zhuǎn)角度越大，說明i與l成正比。

③演示感應(yīng)電流i與磁感強(qiáng)度B的關(guān)系。改變（3）實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)軌所在小孔位置，即當(dāng)調(diào)換導(dǎo)軌在上面一排小孔時(shí)就減小了導(dǎo)桿所在空間的磁感強(qiáng)度b（離平面磁塊越遠(yuǎn)，磁感強(qiáng)度B越小），我們觀察到：當(dāng)b變小則指針偏轉(zhuǎn)角度越小，說明i與b成正比。

綜合①②③可獲結(jié)論：i正比于B、I和v。并且實(shí)驗(yàn)過程皆可在投影儀下清晰有序的一一展現(xiàn)。若想引入“右手定則”只需加入紙制箭頭符號(hào)即可。若改變磁極方向（將磁塊翻一個(gè)面）、或調(diào)換接線柱連接線（+、-）均能引起檢流計(jì)指針反向偏轉(zhuǎn)——驗(yàn)證“右手定則”。

本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的有益效果是：使原來傳統(tǒng)在蹄型磁鐵狹小磁極間的磁場變?yōu)榭梢暶娲蟆⑺秸故玖己玫钠矫娲艌觯褂剿餮芯康母魑锢砹孔兓兂煽吹靡姟⒁妆容^的過程，還使多媒體實(shí)物投影的優(yōu)點(diǎn)得以發(fā)揮。

可見，本實(shí)用新技術(shù)較傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)在技術(shù)手段上實(shí)現(xiàn)了一大飛躍，值得應(yīng)用和推廣。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。`