帶有 “手動換向器”的簡易直流電動機教具的制作

韓亞東 陳 超 拾景忠

(江蘇師范大學 江蘇 徐州 221116)

初中物理“電動機”教學中，一般使用的電動機教具大多結構復雜，并附屬“換向器”“電刷”等結構，此外，轉子部分并不是空心矩形線圈，這與教材提供的空心線圈轉子是有差別的，學生不容易將兩者統一起來，并很難鞏固好本節的重點知識“通電導線在磁場中受力的作用”, 從而引起學習障礙.同時，學生對直流電動機電流的換向有一定的疑惑,總會想到把電源的正負極交換方向來改變電流的方向.為此我們在準備參加“第五屆全國大學生物理教學技能展評”訓練過程中摸索出了一種非常簡單的、并能讓學生自己動手制作的電動機模型，通過制作帶有 “手動換向器”的直流電動機解決了以上教學中存在的問題，使學生對電動機的工作原理以及換向器的原理有了直觀的了解，效果頗佳.

1 制作材料

選取直徑為0.8 mm的漆包線2 m左右(制作線圈)，直徑為2.5 mm銅絲長30 cm左右兩根(作為電動機的支架)，矩形木板1塊，其尺寸大小約30 cm×40 cm(作為電動機的底座)，矩形強性磁鐵1個(作為磁場)，1號電池4節及電池盒，雙刀雙擲開關1只(改裝為換向器)，導線若干.

2 設計原理

用銅絲做兩個支架，(如圖1所示)既起到支撐的作用，同時又有導電的作用，在支架的下方放一塊強性磁鋼，在它的周圍存會在一定的磁場，用漆包線繞成了一個矩形線圈，讓我們把它放在支架上，為了便于通電，要把兩端引線的漆皮刮掉.這時連接好電路，我們會看到矩形線圈并沒有連續轉動，而是來回的擺動.這就需要再做一個能夠改變電流方向的換向器.

圖1 沒有換向器的簡易直流電動機教具

用雙刀雙擲開關改裝成一個“手動換向器”.如圖2所示，用兩根導線把雙刀雙擲開關的1和6,3和4接線柱連接起來.這樣當開關閉合到a端，我們看到電流從正極出發，由2-1-c-d-4-5，按照這樣的路徑經過電動機，最后回到負極；當我們改變開關的方向，閉合到b端時，電流從正極出發，由2-3-4-d-c-1-6-5,電流卻按照這樣的路徑經過電動機, 最后回到負極.很顯然，當開關閉合的方向改變時，經過電動機的電流方向也改變了.當線圈轉過平衡位置的時候，我們通過改變開關的方向來改變電流的方向，這樣線圈就可以隨著手動調節開關的閉合方向連續不斷地轉動下去.

3 制作方法

(1)用漆包線繞成一個矩形線圈，纏繞4或5圈，尺寸大小約20 cm×15 cm，兩端留出引線，要把漆皮刮掉.用直徑為2.5 mm的銅絲做兩個支架，用膠帶或圖釘固定在木板上.如圖1所示.

圖2 雙刀雙擲開關改裝成的“手動換向器”

(2) 用兩根導線把雙刀雙擲開關的1和6,3和4接線柱連接起來.如圖2所示.

(3) 按圖1所示把線圈、磁鐵、支架、電池等組裝起來.

4 總結

(1)當線圈轉過平衡位置的時候，要及時改變開關的方向，這樣線圈就才可以隨著手動調節開關的閉合方向連續不斷的轉動下去.這一操作需要多多練習才能運用自如，很有趣味性.

(2)本教具結構簡單，便于學生觀察與分析.開關閉合方向的改變，會使線圈轉動方向發生改變，對前面的知識“當電流方向改變，通電導線受到力的方向也發生改變”有很好的鞏固作用.同時對換向器的原理有了更直觀的了解.

(3)本教具在參加“第五屆全國大學生物理教學技能展評”中發揮了重要作用，受到評委專家的一致好評，同時第一作者獲得了物理教學技能展評一等獎.