自制電鈴

(貴陽市第一中學高二25班,貴州 貴陽 550081)

筆者從初二開始學習物理、初三學習化學以后,就對科學產生了濃厚的學習興趣,課外時間在家中除了做練習、做課內的物理和化學實驗外,還經常做一些生活小制作,設計制作了家用小型蓄水箱、簡易自來水過濾器、簡易希羅噴泉裝置、簡易電弧噴射裝置等,本文介紹了制作電鈴的詳細過程,分享在制作過程中的感悟。

1 物理原理

如圖1所示，開關K閉合后,整個回路通電,電流流過電磁鐵,產生磁場。電磁鐵的磁場與條形磁體的磁場相似,兩極磁性最強,這時靠近電磁鐵左端的金屬吸片B就被吸引過來,固定在鋸條下端的錘頭D隨即向右運動并敲擊鈴鐺C。與此同時,觸點A立即與鋸條斷開,整個電路就斷開了,電磁鐵中沒有電流,電磁鐵兩端就沒有磁性,鋸條在彈力的作用下恢復原狀,金屬吸片B離開電磁鐵,鋸條再次與觸點A接觸,整個回路又連通,電磁鐵中再次有電流,電磁鐵兩端又產生磁性,金屬吸片B再次被吸引過來,錘頭D敲擊鈴鐺C,觸點A與鋸條斷開,如此循環,錘頭D不斷敲擊鈴鐺C,這就是我們聽到的電鈴聲。

圖1

2 制作材料

木條、木板、導線、鋸條、自行車鈴鐺、漆包線、電池盒、開關、木塊、薄鐵片等。

3 制作工具

電鉆、夾鉗、鋸子、榔頭、鉚釘槍、熱熔槍、電烙鐵、螺絲刀、學生電源等。

4 制作過程

(1) 根據設計計劃,簡單計算出所需的底座和木條、木塊的尺寸,然后找一塊合適的木板作為底座備用,加工制作固定觸點A、固定線圈的木條和固定鋸條的木塊備用。

(2) 用鉚釘槍將鉚釘鉚在鋸條一端的小孔上,鉚釘作為敲擊鈴鐺的小錘(如圖2)。

圖2

(3) 用鋸條在底座上調試一下,預估出鈴鐺的大致位置,然后用筆在底座上標記出鈴鐺的位置,將自行車上廢舊的鈴鐺用螺絲固定在底座上(如圖3)。

圖3

溫馨提示:由于木板比較厚,比較堅硬,直接用螺絲刀固定鈴鐺可能比較費時費力,可以先用電鉆在木板上鉆一個直徑略小于螺絲直徑的小孔,再用螺絲刀把鈴鐺固定在底座上,這樣比較省時、省力。

(4) 調試鋸條在木塊上的位置和木塊在底座上的位置,使小錘能正常敲擊鈴鐺,然后用螺絲和熱熔槍把鋸條固定在木塊上，再把木塊固定在底座上。

需要注意的是，調試好相應的位置后,應該先把鋸條固定在木塊上,然后再把木塊固定在底座上,如果先固定木塊、再固定鋸條,木塊容易松動,影響整體操作進度,降低效率。

(5) 反復調試觸點A(金屬螺絲)和木條的位置,使觸點A能與鋸條直接接觸,并能使鋸條上的小錘D能正常敲擊鈴鐺C,將觸點A用螺絲刀固定在木條上,然后用熱熔槍將木條固定在底座上。在固定觸點A時,也可先用電鉆在木條上鉆一個直徑略小于螺絲直徑的小孔,再用螺絲刀固定觸點A,這樣也比較省時、省力。

(6) 將直徑為1毫米的漆包線緊密地纏繞在作為鐵芯的膨脹螺絲(長10厘米左右,五金店有售)上,纏繞兩層(漆包線纏繞匝數越多,電磁鐵磁性越強),纏繞時要注意漆包線兩頭的長度要預留長一些,至少5厘米,方便以后接線,然后用熱熔槍將線圈固定在木條上。在纏繞時,由于纏繞匝數比較多,每一圈都要緊密纏繞,不能有松動,也不要使線圈彎折。

(7) 在鋸條上離小錘(鉚釘)三分之二左右鋸條長度的距離掛上金屬吸片B,然后根據電路圖接線，調試整個裝置(用學生電源調試比較方便),不斷調整金屬吸片B和線圈的位置,使整個裝置工作在最佳狀態(觸點A能正常接觸鋸條,小錘D能正常敲擊鈴鐺C),最后用夾鉗把金屬吸片B固定在鋸條上，用熱熔槍將固定線圈的木條固定在底座上。在把金屬吸片B掛在鋸條上之前,要先用夾鉗把金屬吸片加工彎折,使之能正常掛在鋸條上,并能使之與電磁鐵左端完美接觸。

(8) 根據電路圖接線,反復測試電鈴,使電鈴能正常工作,然后用電烙鐵根據電路圖將實物連接好,接線時,不要忘記接開關和電池盒,然后用熱熔槍將導線和開關固定(要把開關固定在底座上能方便操作的位置),美化線路,最后裝上電池,測試整個裝置,電鈴就制作好了(如圖4)。在調試電鈴時，用學生電源的不同檔位從低到高逐漸調試電鈴，找到一個能使電鈴達到最佳工作狀態時的電壓，根據此電壓，確定電池的數量，方便在外演示時能讓電鈴工作在最佳狀態。

圖4

5 制作感悟

制作電鈴的程序比較復雜,需要用到的材料和工具比較多,運用的專業知識就是簡單的電磁學知識(主要是電路和電流的磁效應),課外要學會使用電烙鐵、鉚釘槍、鋸子和螺絲刀。首先要畫出電鈴電路圖,根據家庭實際情況,選擇適合自己的工具和材料。在制作過程中,如果遇到困難,能有家長的幫助就最好了。由于用到的工具比較多,存在安全隱患,家長還可以把握好安全問題,使我們在安全的環境下完成制作,使整個制作過程能高效、安全地進行下去,最后完成我們的作品。

此外，在通電測試電鈴的過程中,發現纏繞線圈的匝數多少和電源電壓的高低對電鈴錘頭敲擊鈴鐺的力度強弱和頻率高低都有影響,線圈匝數越多,電源電壓越高,電鈴錘頭敲擊頻率越高、力度越強,電鈴就越響。建議在家測試電鈴時,用學生電源比較好,學生電源電壓穩定,也方便操作,如果用電池,消耗快,費用還比較高,測試好電鈴所需的電壓大小后,就可以進行演示了(如圖5)。

圖5