電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

◇ 江西 曹 華

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,高中物理教學(xué)要經(jīng)常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),這是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑．2020年新冠肺炎疫情期間江西省教育廳組織了線上教學(xué),筆者參與了高中物理的線上課程錄制．為達(dá)到更好的課堂效果,在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力,筆者設(shè)計(jì)了幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)．這些實(shí)驗(yàn)取材方便,效果明顯,可操作性強(qiáng)．現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和制作方法介紹如下,以供參考．

1 豎直軌道電磁阻尼演示裝置

1)實(shí)驗(yàn)器材:鋁質(zhì)軌道、強(qiáng)磁體、鋁板、塑料板．

2)設(shè)計(jì)思路:鋁板運(yùn)動(dòng),經(jīng)過磁體附近時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而受到阻礙其運(yùn)動(dòng)的安培力．塑料板經(jīng)過磁體附近時(shí)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,因此運(yùn)動(dòng)過程不會(huì)受到阻礙．讓鋁板和塑料板一起下落,通過對(duì)比可明顯看出鋁板經(jīng)過磁體時(shí)緩慢下落,而塑料板快速下落．

3)制作方法:將兩個(gè)鋁質(zhì)軌道(可用鋁合金紗窗的邊框制作)用支架沿豎直方向固定,在軌道中部安裝一個(gè)鐵質(zhì)橫條,強(qiáng)磁體可吸附在鐵質(zhì)橫條上,軌道長(zhǎng)度1m 左右,兩導(dǎo)軌間距離20cm,裁剪大小形狀相同的鋁板和塑料板(五金市場(chǎng)有售或從網(wǎng)上購(gòu)買)．鋁板和塑料板制作成邊長(zhǎng)略小于兩導(dǎo)軌間距離的正方形．

4)操作方法:讓鋁板和塑料板從同一高度由靜止釋放．實(shí)驗(yàn)前可讓學(xué)生檢驗(yàn)鋁板材質(zhì),確認(rèn)鋁板不會(huì)被磁體吸引;為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性,也可將軌道裝有磁體的一面背向?qū)W生,設(shè)置一些懸念,實(shí)驗(yàn)完成后再向?qū)W生揭秘．

2 鋁質(zhì)水桶電磁驅(qū)動(dòng)演示裝置

1)實(shí)驗(yàn)器材:鋁質(zhì)水桶、強(qiáng)磁體、三腳架、PVC 水管、鐵釘．

2)設(shè)計(jì)思路:強(qiáng)磁體不會(huì)吸引鋁質(zhì)水桶,但強(qiáng)磁體靠近鋁質(zhì)水桶并繞其運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)使鋁桶內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使鋁桶受到安培力作用．將鋁桶開口向下倒置在支架上,可在安培力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)．

3)制作方法:將PVC水管固定在三腳架上,三腳架可用物理實(shí)驗(yàn)室的光具座代替,將光具座上端插入PVC水管即可．PVC水管上端固定一顆鐵釘,可先將鐵釘固定在橡皮塞上,然后將橡皮塞插入PVC 水管上端．將水桶開口向下倒置在支架上．為避免實(shí)驗(yàn)時(shí)水桶晃動(dòng)太劇烈,可在水桶口固定一塊木板,木板中間開一個(gè)直徑略大于PVC水管的圓孔．PVC水管長(zhǎng)1m左右,用家里裝修用的水管即可．強(qiáng)磁體上固定一個(gè)手柄,便于實(shí)驗(yàn)操作．

4)操作方法:手握強(qiáng)磁體的手柄繞鋁質(zhì)水桶轉(zhuǎn)動(dòng)即可帶動(dòng)鋁質(zhì)水桶轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),操作時(shí)磁體要靠近水桶,注意不要碰到水桶,磁體轉(zhuǎn)動(dòng)速度不用太快,緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)效果就很明顯．

3 易拉罐感應(yīng)電動(dòng)機(jī)演示裝置

1)實(shí)驗(yàn)器材:電磁爐、鐵塊、鋁質(zhì)易拉罐、回形針、吸管、銅片、線槽板．

2)設(shè)計(jì)思路:手握磁體帶動(dòng)鋁桶轉(zhuǎn)動(dòng)雖然可說明電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象,但實(shí)用性不強(qiáng),操作也不太方便．感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原理也是電磁驅(qū)動(dòng),通過三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)．感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象的具體應(yīng)用,若能通過演示實(shí)驗(yàn)觀察感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作,對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣將有很大幫助．電磁爐可產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),可用來(lái)模擬三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),鋁質(zhì)易拉罐比較輕便,可用于制作感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子．

3)制作方法:取一根吸管(長(zhǎng)度跟易拉罐高度相近),吸管的兩頭分別插入拉直的回形針,作為易拉罐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸并用熱熔膠填充吸管以固定回形針．用電鉆在易拉罐底部中間鉆個(gè)小孔,將制作好的轉(zhuǎn)軸穿過小孔插入易拉罐,在易拉罐兩頭用熱熔膠將轉(zhuǎn)軸固定．取一塊線槽板的蓋子,在線槽板上用螺絲固定兩個(gè)銅片作為易拉罐轉(zhuǎn)子的支架,銅片上用電鉆打一個(gè)小孔以安裝易拉罐轉(zhuǎn)子(注意兩個(gè)銅片上的孔要對(duì)稱)．易拉罐轉(zhuǎn)子的支架不要太高,不影響易拉罐轉(zhuǎn)動(dòng)即可．

4)操作方法:電磁爐連接電源并放上鐵塊(電磁爐一般都有防空燒保護(hù),放鐵塊的作用是讓電磁爐工作,還要注意鐵塊溫度過高時(shí)電磁爐也會(huì)停止工作,這時(shí)可將鐵塊放入水中降溫)．電磁爐開始工作后將易拉罐轉(zhuǎn)子靠近電磁爐放置,很快易拉罐轉(zhuǎn)子便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)．

以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)巧妙,制作和操作方法簡(jiǎn)便,實(shí)驗(yàn)裝置取材方便,實(shí)驗(yàn)效果較為明顯．通過自制實(shí)驗(yàn)教具演示相關(guān)實(shí)驗(yàn),能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力．