“電磁感應(yīng)筆”的制作*

皮子揚

(江西省樟樹中學(xué) 江西 宜春 331200)

熊小蘭

(江西省樟樹第三中學(xué) 江西 宜春 331200)

電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是電磁學(xué)發(fā)展史上又一個重要成就，它進(jìn)一步揭示了自然界電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系，促進(jìn)了電磁理論的發(fā)展，為麥克斯韋電磁場理論的建立奠定了堅實的基礎(chǔ)，使現(xiàn)代工業(yè)、電工和電子技術(shù)得以建立和發(fā)展，對人類社會的發(fā)展有著劃時代的貢獻(xiàn).

這一劃時代發(fā)現(xiàn)的標(biāo)志是法拉第線圈.“把兩個線圈繞在同一個鐵環(huán)上，一個線圈接到電源上，另一個線圈接入‘電流表’，在給一個線圈通電或斷電的瞬間，另一個線圈中也出現(xiàn)了電流.法拉第尋找10年之久的‘磁生電’效應(yīng)終于被發(fā)現(xiàn)”[1].圖1為法拉第用過的線圈.

圖1 法拉第用過的線圈

人教版《物理·選修3-2》“電磁感應(yīng)”開篇“劃時代的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)的教學(xué)，教材提供了豐富、生動的歷史資料，旨在激發(fā)學(xué)生的興趣，引起學(xué)生的思考.以往“法拉第線圈”的教學(xué)，我們都是引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本、觀察圖片，介紹法拉第這一劃時代的偉大發(fā)現(xiàn).學(xué)生是這一知識點的被動接受者.圖片觀察一看而過，缺乏對法拉第線圈的深刻認(rèn)識和理解.為把學(xué)生帶到科學(xué)史的具體事件之中，經(jīng)歷科學(xué)探究，體會過程和方法，我們以法拉第線圈為模型，用身邊日常電器中的廢舊元件，引導(dǎo)學(xué)生模擬制作法拉第線圈來探尋法拉第的科學(xué)足跡，探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律，這樣既提高了學(xué)生動手制作的能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的實驗素養(yǎng)和分析問題解決問題的能力，收到了很好的效果[2].圖2為模擬制作的法拉第線圈.

圖2 模擬制作的法拉第線圈

模擬制作法拉第線圈的活動開展之后，制成的教具應(yīng)用于教學(xué)之中，每一次的實驗操作活動，學(xué)生們“悟物窮理”，都驚嘆大科學(xué)家法拉第非常深刻的物理思想、非凡的創(chuàng)造性和想象力.對做成的教具又萌生了許多奇思妙想，因而有了一系列可能的方案和實驗的改進(jìn).每一次實驗改進(jìn)都使學(xué)生們體會到科學(xué)家時代實驗的艱辛和現(xiàn)代科學(xué)之下新材料、新器件給實驗改進(jìn)和制作帶來的便捷.下面介紹“模擬制作法拉第線圈”之后，構(gòu)思制作的“電磁感應(yīng)筆”，供同行們參考.

1 “電磁感應(yīng)筆”的構(gòu)思

由圖2自制的法拉第線圈可以看到，一組連接電源的線圈只有幾匝，到底繞多少匝能夠使另一組線圈中的LED發(fā)光最亮，是學(xué)生們非常關(guān)注的一個焦點；連接電源的這一組線圈少到多少匝時還能點亮LED，是學(xué)生們關(guān)注的另一個焦點；問題和設(shè)想多多…….在探究連接電源的這一組線圈少到多少匝時還能點亮LED的實驗中，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)：即使單根導(dǎo)線穿過線圈與電源觸碰，LED也能被點亮，這一現(xiàn)象使學(xué)生們十分驚奇，無異于哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸一般！“電磁感應(yīng)筆”的構(gòu)思和制作由此開始.

2 元件選用

廢舊照明吸頂燈中的LED(亮度更高),廢舊電源中的扼流圈(取其上的鐵氧體磁環(huán)或網(wǎng)購)，漆包銅線(線徑0.25mm,長5m),兒童玩具電動車用的充電電池兩節(jié),書寫筆芯,易拉罐飲料瓶,鱷魚鋏等.如圖3所示.

圖3 實驗器材

3 “電磁感應(yīng)筆”的制作方法

(1)線圈的制作

在廢舊的電源設(shè)備中選取外徑3cm,內(nèi)徑2cm的鐵氧體磁芯一個(或網(wǎng)購).找一段長約5m,線徑0.5mm的漆包銅導(dǎo)線，將其密繞在鐵氧體磁環(huán)上，約能繞120圈.線圈兩端線頭留下約9cm一段長度，并去掉漆皮.從廢舊照明吸頂燈上的發(fā)光條上選出8枚未損壞的LED，用剪刀將LED旁多余的鋁片剪掉，將8枚LED順次正、反向均勻地分布在線圈的圓周上，并與線圈的兩端線焊接好.制成后的成品如同一枚鑲嵌了寶石的戒指.如圖4所示.

圖4 制作的線圈

(2)筆身的制作

截取外徑1.8cm，長13cm的PVC管一段.用書寫筆的筆頭和牙刷柄組合制作電磁筆的筆頭.書寫筆頭焊接一銅絲，將銅絲穿過截取的部分牙刷柄中心后再與一小彈簧焊接，確保筆頭與電池一端接觸的可靠性.用銅絲制作一個與電池組尾部連接的錐形螺旋狀彈簧，彈簧最大外徑略大于PVC管內(nèi)徑，確保電池裝入PVC管之后，電池被彈簧卡緊在管內(nèi)且接觸良好.制作書寫板，將易拉罐瓶體剪下并展平，由于瓶體表面絕緣，為使“書寫”時形成通斷回路，用錐子尖端在板面上鉆一些小孔，則鉆孔處反面形成了一個個的導(dǎo)通點，這樣筆芯尖碰到鉆孔處的這些小點時，回路則導(dǎo)通，接觸到其他部位時則不通.

圖5 制作筆身

4 “電磁感應(yīng)筆”的組裝及實驗方法

“電磁感應(yīng)筆”的組裝：將電池裝入PVC管內(nèi)，正極一端用筆頭封住，負(fù)極一端用彈簧卡住.將制作好的線圈套在PVC管上.把一根導(dǎo)線兩端都焊接上鱷魚鋏，一只鱷魚鋏夾住PVC管尾部彈簧端，另一只鱷魚鋏夾住書寫板邊緣并保持良好接觸，將書寫板置于筆記本中，這樣一支特殊的“電磁感應(yīng)筆”制作并組裝完成.