磁电式仪表中铝框骨架的作用演示装置

2012-01-26朱向阳钟晓青朱和鹏

物理实验 2012年6期

朱向阳，钟晓青，朱和鹏

（1．信丰中学，江西信丰341600；2．赣州市教研室，江西赣州341000）

1 引言

人教版普通高中课程标准实验教科书·物理（选修3－2），在“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”一节的 “思考与讨论”栏目里，要求学生根据电磁阻尼现象，分析讨论用铝框做磁电式仪表线圈骨架的作用．为了提高教学效果，笔者设计并制作了能演示线圈的铝框骨架在磁电式仪表中会受到电磁阻尼作用的装置．该装置还可用于演示磁电式仪表的工作原理．

2 实验器材

铝片（40 cm×4 cm）1块，PVC线槽板盖（40 cm×4cm）1个（敷设线路用材），木板（20cm×15 cm）1块，漆包线（直径约0．2mm、长约350cm）2根，中性笔笔芯2根，钕铁硼超强磁铁（8 cm×8 cm×2 cm）1块，螺丝2颗，铜导线（直径约2 mm）、轻质塑料管、导线和电池等．

3 装置制作

1）线圈的制作．如图1所示，把铝片弯折成边长约8 cm的正方形铝框，重叠的2块铝片上开4个小孔，各用1小段铝线锤打铆合，便成线圈的铝框骨架．在骨架相对的2条边的中心上方处各开笔芯大小的孔，孔内插1段中性笔笔芯．用漆包线在铝框上（笔芯下方）缠绕约10匝的线圈，线圈的2个线头除去绝缘漆后，分别插入笔芯两端的孔内（笔芯中间塞1段绝缘物，防止线圈短路）．笔芯两端各插入1段直径约2 mm的铜导线，作转动轴兼线圈的外接电源导体，插入笔芯部分的铜导线一定要与笔芯内的线圈线头接触良好（也可以把线头焊接在铜导线上）．再把其中1根铜导线向上弯折90°，并在线头上套接1根长约20 cm的轻质塑料管作指针．用类似的方法，把PVC线槽板盖制作成PVC材质骨架的线圈（装置质量尽量与铝框骨架线圈的质量相同），用于做对比实验．

图1 线圈装置图片

2）底座装置的制作．如图2所示，用2根长约20 cm的铜导线弯折成图中所示的2个支撑架（支撑架高约8 cm，末端圆弧高约6 cm），在木板一端相距12 cm处开2个螺丝孔，用螺丝把支撑架固定在木板上，螺丝兼作外接电源的接线柱．再把上述2个线圈分别放在支撑架上（线圈的转动轴置于支撑架的圆弧里），当稳定时，观察骨架平面是否处在水平面上．如线圈骨架不在水平面上平衡，则可在骨架较轻的边上加缠漆包线（应注意加缠的漆包线不能与线圈接通）增大此边的质量，使线圈骨架大致能在水平面上平衡．

图2 底座装置图片

4 实验方法

4．1 对比演示铝框骨架在磁电式仪表中的作用

如图3所示，先把PVC材质骨架的线圈置于支撑架上，线圈骨架旁边直立1块钕铁硼强磁铁（磁铁靠近线圈，但不能阻碍骨架转动）．用导线把1节干电池的正负极分别与底座上的2个接线柱连接．当线圈通电时，可看到线圈在安培力作用下带动骨架发生偏转，但很难稳定，指针总是左右摆动．再换用铝框骨架的线圈重做实验，当线圈通电时，可看到线圈在安培力作用下带动铝框骨架发生偏转，并能很快稳定，指针左右摆动的次数少，这表明铝框骨架受到了电磁阻尼的作用．由于电磁阻尼的作用，电表指针便能尽快地稳定在某一位置，这样便于读出测量数据，这就是用铝框做磁电式仪表线圈骨架的作用．