直流电动机模型
2014-06-11王桂星
王桂星
中学物理课程中直流电动机原理是一个很重要的内容，直流电动机是实现直流电能和机械能之间相互转换的电力机械，常用于对启动和调速有较高要求的场所，如城市电车、地铁列车、电动自行车。
直流电动机应用载流导体在磁场中受到电磁力的作用这一原理制成，本期我们通过一个简单的直流电动机模型来了解直流电动机的结构。
直流电动机模型用2节5号干电池做电源。将半根两头削尖的铅笔穿过一块泡沫塑料，泡沫两端各粘了一块小磁铁，两端铅笔尖刚好容纳进铜皮支架上的小凹坑里，可以自由转动，模拟电动机的转子。转子正下方有一个漆包线绕成的线圈，通电以后就成了一个电磁铁。
准备材料：
制作直流电动机模型需要木板、铜皮支架、2块小磁铁、半根铅笔、一卷漆包线、螺丝钉、塑料管（绕线圈用）、2节5号干电池、焊接了鳄鱼夹的5号电池盒、泡沫塑料、铝箔胶带。
制作步骤：
1 把铅笔的两端削尖，放在木板的正中。用螺丝钉把铜皮支架固定在铅笔的两端，电动机模型的支架部分就完成了。
2 制作“转子”部分。铅笔穿过泡沫塑料，一端露出的长度大约是另一端的2倍。用双面胶在泡沫两端各粘一块小磁铁，注意它们上表面的极性相同。
3 这一步是制作这个电动机模型最关键的步骤，也是它能够转动的秘密所在。用小刀切下4毫米宽的一条铝箔胶带，把铝箔贴在铅笔上。
如图，把“转子”平放，通过泡沫正中沿铅笔画一条线，然后通过磁铁正下方再画一条线，铝箔就贴在这两条线之间，也就是覆盖了铅笔上小于1/4个圆周。
4 把铅笔翻过来，在轴对称位置贴另外一条铝箔，至此“转子”部分就全部制作完成了！
5 最后制作电磁铁的部分，或者说电动机模型的“定子”部分。先制作“电刷”，用钳子截取10厘米长的一段漆包线，两端的绝缘漆各用小刀刮掉2厘米，露出里面光亮的铜线。
6 把漆包线在塑料管上绕60圈左右，制成电磁铁线圈。两端各留出10厘米长的线头，末端的绝缘漆也都刮去2厘米。
7 把“转子”放在支架上，电磁铁线圈放在“转子”正下方，线圈一端的线头用螺丝钉固定在木板上。
8 把刚才单独制作的那根“电刷”并排用螺丝钉固定住，线圈末端和“电刷”的一端都压在铅笔上，“电刷”的另一端留在木板边缘。电磁铁线圈用双面胶固定在“转子”正下方。
9 电池盒装上2节5号干电池，一端与电磁铁的一端接通，另外一端与“电刷”的一端接通，此时用手拨动“转子”，就能看到“转子”飞快地转动起来，自制的直流电动机模型就完成了！
工作原理：
直流电动机模型运用了电磁铁和磁极相互作用的原理，下面具体分析一下它的工作过程。
1 初始状态。“转子”竖直向下，两根“电刷”都压在铅笔上，此时线圈里没有电流通过，因此“转子”不动。
2 逆时针拨动“转子”，此时2根“电刷”同时压在铝箔上。因为铝箔是导电的，所以电路接通，电磁铁中有电流通过，产生磁场。我们假设电磁铁的磁极与小磁铁相互排斥，于是“转子”就会在磁力的作用下继续逆时针转动。
3“转子”转过1/4圆周后，“电刷”离开铝箔，电路断开。
4 “转子”在惯性的作用下继续转动。
5 另外一块磁铁到达最底端的时候，“电刷”开始与铅笔上粘的另一块铝箔接触，线圈通电，产生磁场，排斥“转子”继续转动。循环往复，“转子”持续旋转起来。
在刚才描述的初始状态里，假设电磁铁与小磁铁是相互排斥的，如果改变输入电流的方向，电磁铁产生磁场的磁极也会随着改变，它就会变成吸引小磁铁，那么电动机的初始状态也会发生改变。
顺时针转动“转子”，“电刷”与铝箔接触，电磁铁通电产生磁场，吸引小磁铁向下运动，“转子”继续顺时针转动……结论就是：改变电源的极性，这个“转子”的转动方向也随之发生改变。
详细分析工作过程后会发现，这个电动机的电流是时断时续的，也就是脉冲式的，因此也可以把它称作“直流脉冲电动机模型”。它的另外一个亮点是，转动时铅笔尖与铜皮上的凹坑相接触，摩擦阻力非常小。铅笔芯的主要成分是石墨，而石墨又是很好的润滑剂，转动过程中摩擦产生的石墨粉末会不断提供润滑效果，因此它又可以叫做“自润滑电动机模型”。
中学物理课程中直流电动机原理是一个很重要的内容，直流电动机是实现直流电能和机械能之间相互转换的电力机械，常用于对启动和调速有较高要求的场所，如城市电车、地铁列车、电动自行车。
直流电动机应用载流导体在磁场中受到电磁力的作用这一原理制成，本期我们通过一个简单的直流电动机模型来了解直流电动机的结构。
直流电动机模型用2节5号干电池做电源。将半根两头削尖的铅笔穿过一块泡沫塑料，泡沫两端各粘了一块小磁铁，两端铅笔尖刚好容纳进铜皮支架上的小凹坑里，可以自由转动，模拟电动机的转子。转子正下方有一个漆包线绕成的线圈，通电以后就成了一个电磁铁。
准备材料：
制作直流电动机模型需要木板、铜皮支架、2块小磁铁、半根铅笔、一卷漆包线、螺丝钉、塑料管（绕线圈用）、2节5号干电池、焊接了鳄鱼夹的5号电池盒、泡沫塑料、铝箔胶带。
制作步骤：
1 把铅笔的两端削尖，放在木板的正中。用螺丝钉把铜皮支架固定在铅笔的两端，电动机模型的支架部分就完成了。
2 制作“转子”部分。铅笔穿过泡沫塑料，一端露出的长度大约是另一端的2倍。用双面胶在泡沫两端各粘一块小磁铁，注意它们上表面的极性相同。
3 这一步是制作这个电动机模型最关键的步骤，也是它能够转动的秘密所在。用小刀切下4毫米宽的一条铝箔胶带，把铝箔贴在铅笔上。
如图，把“转子”平放，通过泡沫正中沿铅笔画一条线，然后通过磁铁正下方再画一条线，铝箔就贴在这两条线之间，也就是覆盖了铅笔上小于1/4个圆周。
4 把铅笔翻过来，在轴对称位置贴另外一条铝箔，至此“转子”部分就全部制作完成了！
5 最后制作电磁铁的部分，或者说电动机模型的“定子”部分。先制作“电刷”，用钳子截取10厘米长的一段漆包线，两端的绝缘漆各用小刀刮掉2厘米，露出里面光亮的铜线。
6 把漆包线在塑料管上绕60圈左右，制成电磁铁线圈。两端各留出10厘米长的线头，末端的绝缘漆也都刮去2厘米。
7 把“转子”放在支架上，电磁铁线圈放在“转子”正下方，线圈一端的线头用螺丝钉固定在木板上。
8 把刚才单独制作的那根“电刷”并排用螺丝钉固定住，线圈末端和“电刷”的一端都压在铅笔上，“电刷”的另一端留在木板边缘。电磁铁线圈用双面胶固定在“转子”正下方。
9 电池盒装上2节5号干电池，一端与电磁铁的一端接通，另外一端与“电刷”的一端接通，此时用手拨动“转子”，就能看到“转子”飞快地转动起来，自制的直流电动机模型就完成了！
工作原理：
直流电动机模型运用了电磁铁和磁极相互作用的原理，下面具体分析一下它的工作过程。
1 初始状态。“转子”竖直向下，两根“电刷”都压在铅笔上，此时线圈里没有电流通过，因此“转子”不动。
2 逆时针拨动“转子”，此时2根“电刷”同时压在铝箔上。因为铝箔是导电的，所以电路接通，电磁铁中有电流通过，产生磁场。我们假设电磁铁的磁极与小磁铁相互排斥，于是“转子”就会在磁力的作用下继续逆时针转动。
3“转子”转过1/4圆周后，“电刷”离开铝箔，电路断开。
4 “转子”在惯性的作用下继续转动。
5 另外一块磁铁到达最底端的时候，“电刷”开始与铅笔上粘的另一块铝箔接触，线圈通电，产生磁场，排斥“转子”继续转动。循环往复，“转子”持续旋转起来。
在刚才描述的初始状态里，假设电磁铁与小磁铁是相互排斥的，如果改变输入电流的方向，电磁铁产生磁场的磁极也会随着改变，它就会变成吸引小磁铁，那么电动机的初始状态也会发生改变。
顺时针转动“转子”，“电刷”与铝箔接触，电磁铁通电产生磁场，吸引小磁铁向下运动，“转子”继续顺时针转动……结论就是：改变电源的极性，这个“转子”的转动方向也随之发生改变。
详细分析工作过程后会发现，这个电动机的电流是时断时续的，也就是脉冲式的，因此也可以把它称作“直流脉冲电动机模型”。它的另外一个亮点是，转动时铅笔尖与铜皮上的凹坑相接触，摩擦阻力非常小。铅笔芯的主要成分是石墨，而石墨又是很好的润滑剂，转动过程中摩擦产生的石墨粉末会不断提供润滑效果，因此它又可以叫做“自润滑电动机模型”。
中学物理课程中直流电动机原理是一个很重要的内容，直流电动机是实现直流电能和机械能之间相互转换的电力机械，常用于对启动和调速有较高要求的场所，如城市电车、地铁列车、电动自行车。
直流电动机应用载流导体在磁场中受到电磁力的作用这一原理制成，本期我们通过一个简单的直流电动机模型来了解直流电动机的结构。
直流电动机模型用2节5号干电池做电源。将半根两头削尖的铅笔穿过一块泡沫塑料，泡沫两端各粘了一块小磁铁，两端铅笔尖刚好容纳进铜皮支架上的小凹坑里，可以自由转动，模拟电动机的转子。转子正下方有一个漆包线绕成的线圈，通电以后就成了一个电磁铁。
准备材料：
制作直流电动机模型需要木板、铜皮支架、2块小磁铁、半根铅笔、一卷漆包线、螺丝钉、塑料管（绕线圈用）、2节5号干电池、焊接了鳄鱼夹的5号电池盒、泡沫塑料、铝箔胶带。
制作步骤：
1 把铅笔的两端削尖，放在木板的正中。用螺丝钉把铜皮支架固定在铅笔的两端，电动机模型的支架部分就完成了。
2 制作“转子”部分。铅笔穿过泡沫塑料，一端露出的长度大约是另一端的2倍。用双面胶在泡沫两端各粘一块小磁铁，注意它们上表面的极性相同。
3 这一步是制作这个电动机模型最关键的步骤，也是它能够转动的秘密所在。用小刀切下4毫米宽的一条铝箔胶带，把铝箔贴在铅笔上。
如图，把“转子”平放，通过泡沫正中沿铅笔画一条线，然后通过磁铁正下方再画一条线，铝箔就贴在这两条线之间，也就是覆盖了铅笔上小于1/4个圆周。
4 把铅笔翻过来，在轴对称位置贴另外一条铝箔，至此“转子”部分就全部制作完成了！
5 最后制作电磁铁的部分，或者说电动机模型的“定子”部分。先制作“电刷”，用钳子截取10厘米长的一段漆包线，两端的绝缘漆各用小刀刮掉2厘米，露出里面光亮的铜线。
6 把漆包线在塑料管上绕60圈左右，制成电磁铁线圈。两端各留出10厘米长的线头，末端的绝缘漆也都刮去2厘米。
7 把“转子”放在支架上，电磁铁线圈放在“转子”正下方，线圈一端的线头用螺丝钉固定在木板上。
8 把刚才单独制作的那根“电刷”并排用螺丝钉固定住，线圈末端和“电刷”的一端都压在铅笔上，“电刷”的另一端留在木板边缘。电磁铁线圈用双面胶固定在“转子”正下方。
9 电池盒装上2节5号干电池，一端与电磁铁的一端接通，另外一端与“电刷”的一端接通，此时用手拨动“转子”，就能看到“转子”飞快地转动起来，自制的直流电动机模型就完成了！
工作原理：
直流电动机模型运用了电磁铁和磁极相互作用的原理，下面具体分析一下它的工作过程。
1 初始状态。“转子”竖直向下，两根“电刷”都压在铅笔上，此时线圈里没有电流通过，因此“转子”不动。
2 逆时针拨动“转子”，此时2根“电刷”同时压在铝箔上。因为铝箔是导电的，所以电路接通，电磁铁中有电流通过，产生磁场。我们假设电磁铁的磁极与小磁铁相互排斥，于是“转子”就会在磁力的作用下继续逆时针转动。
3“转子”转过1/4圆周后，“电刷”离开铝箔，电路断开。
4 “转子”在惯性的作用下继续转动。
5 另外一块磁铁到达最底端的时候，“电刷”开始与铅笔上粘的另一块铝箔接触，线圈通电，产生磁场，排斥“转子”继续转动。循环往复，“转子”持续旋转起来。
在刚才描述的初始状态里，假设电磁铁与小磁铁是相互排斥的，如果改变输入电流的方向，电磁铁产生磁场的磁极也会随着改变，它就会变成吸引小磁铁，那么电动机的初始状态也会发生改变。
顺时针转动“转子”，“电刷”与铝箔接触，电磁铁通电产生磁场，吸引小磁铁向下运动，“转子”继续顺时针转动……结论就是：改变电源的极性，这个“转子”的转动方向也随之发生改变。
详细分析工作过程后会发现，这个电动机的电流是时断时续的，也就是脉冲式的，因此也可以把它称作“直流脉冲电动机模型”。它的另外一个亮点是，转动时铅笔尖与铜皮上的凹坑相接触，摩擦阻力非常小。铅笔芯的主要成分是石墨，而石墨又是很好的润滑剂，转动过程中摩擦产生的石墨粉末会不断提供润滑效果，因此它又可以叫做“自润滑电动机模型”。
