通電導體在磁場中受力轉動的新演示

通電導體在磁場中受力轉動的新演示

劉成國蘇樹龍①

(平山縣崗南中學河北 石家莊050408)

作者簡介：①蘇樹龍(1957-)，男，中教高級,從事物理教學及實驗教具的研究.

收稿日期：(2015-03-31)

此設計是為了探究通電導體在磁場中受力轉動情況，轉子周圍的磁場分布是怎樣的，為什么會轉動，受到怎樣的一種力？為什么這種受力轉動不用換向器？讓學生明白通電導體在磁場中受力的道理，感受實驗探究的過程和方法.

1裝置特點及用途

1.1特點

(1)該教具結構非常簡單，制作容易，操作簡便，效果顯著，適合學生探究性實驗，能引起學生極大的興趣.

(2)設計新穎，意想不到的現象可以激起學生的創新欲望.原理簡單，一看就明白，便于推廣.

1.2本設計裝置的主要用途

(1)通過這個有趣的探究實驗，學生可以學習、鞏固有關電流和磁場間相互作用的關系，電動機受力原理.學會實驗探究的方法.

(2)激發學生學習的興趣，培養學生創新意識和動腦動手實驗能力.

2制作材料

環形磁鐵，鐵片或銅片、鋁片，銅絲導線等.

3制作方法

設計裝置如圖1和圖2所示.

把一個廢舊喇叭上拆下的環形磁鐵放在一塊木板上，在環形磁鐵上放一塊圓形鋁板或圓形銅片.圖中的固定導體就是一根銅絲或其他金屬絲，把它放進圓形鋁板和環形磁鐵的中間，注意固定導體和圓形鋁板間是絕緣的.穿過圓形鋁板和環形磁鐵的固定導體作為一個接線柱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；轉子用非鐵質的導電金屬片剪成如圖形狀，或用從過去舊機械表上拆下的齒輪和一根銅絲做成如圖2所示轉子，按圖裝好即可.

圖1　結構圖

圖2　各種形狀轉子

4使用方法及原理

將制作好的金屬片轉子按圖1放上，接通電源(3～6V)，金屬片轉子就繞中間軸轉動.電壓大，轉速快，電壓小，轉速慢.改變電流方向，轉動方向隨之改變.當然也可改變磁場方向.這種金屬片轉子受力轉動不需要換向器.(書中講到的電動機如果沒有換向器，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地

轉動.但這個金屬片轉子用的方法是使金屬片轉子始終通過轉軸通電，電流方向改變，磁場方向不變，轉軸受到始終和它水平垂直方向的力，在這個力的作用下轉子就轉動起來.比如，電流是從A接線柱流入，通過固定導體、轉軸和金屬片轉子，再通過圓形鋁板從接線柱B流出，假如磁場方向向下，根據安培定則，受力F如圖1所示.

此教具的創新之處在于，突破了以往電動機的線圈隨著軸轉動，而且需要換向器，此教具沒有換向器，不存在平衡點，任何位置都可啟動，因此制作非常方便；其次，教具設計非常巧妙，結構簡單，一看就會做，因此構造具有可見性、簡潔性和美感；另外，實驗現象突出了直觀性、奇特性和趣味性.

通過這些電磁教具的制作實驗活動，學生們可以獲得有關電和磁聯系方面的感性知識，也能理解過去的科學發明在現代生活中所產生的巨大影響(如電動機在許多小電器中都會找到，日常使用的電器，如電話機、攪拌機、門鈴等都有電動機)，從而培養他們愛科學、學科學、用科學的志趣.