带有 “手动换向器”的简易直流电动机教具的制作

韩亚东 陈 超 拾景忠

(江苏师范大学 江苏 徐州 221116)

初中物理“电动机”教学中，一般使用的电动机教具大多结构复杂，并附属“换向器”“电刷”等结构，此外，转子部分并不是空心矩形线圈，这与教材提供的空心线圈转子是有差别的，学生不容易将两者统一起来，并很难巩固好本节的重点知识“通电导线在磁场中受力的作用”, 从而引起学习障碍.同时，学生对直流电动机电流的换向有一定的疑惑,总会想到把电源的正负极交换方向来改变电流的方向.为此我们在准备参加“第五届全国大学生物理教学技能展评”训练过程中摸索出了一种非常简单的、并能让学生自己动手制作的电动机模型，通过制作带有 “手动换向器”的直流电动机解决了以上教学中存在的问题，使学生对电动机的工作原理以及换向器的原理有了直观的了解，效果颇佳.

1 制作材料

选取直径为0.8 mm的漆包线2 m左右(制作线圈)，直径为2.5 mm铜丝长30 cm左右两根(作为电动机的支架)，矩形木板1块，其尺寸大小约30 cm×40 cm(作为电动机的底座)，矩形强性磁铁1个(作为磁场)，1号电池4节及电池盒，双刀双掷开关1只(改装为换向器)，导线若干.

2 设计原理

用铜丝做两个支架，(如图1所示)既起到支撑的作用，同时又有导电的作用，在支架的下方放一块强性磁钢，在它的周围存会在一定的磁场，用漆包线绕成了一个矩形线圈，让我们把它放在支架上，为了便于通电，要把两端引线的漆皮刮掉.这时连接好电路，我们会看到矩形线圈并没有连续转动，而是来回的摆动.这就需要再做一个能够改变电流方向的换向器.

图1 没有换向器的简易直流电动机教具

用双刀双掷开关改装成一个“手动换向器”.如图2所示，用两根导线把双刀双掷开关的1和6,3和4接线柱连接起来.这样当开关闭合到a端，我们看到电流从正极出发，由2-1-c-d-4-5，按照这样的路径经过电动机，最后回到负极；当我们改变开关的方向，闭合到b端时，电流从正极出发，由2-3-4-d-c-1-6-5,电流却按照这样的路径经过电动机, 最后回到负极.很显然，当开关闭合的方向改变时，经过电动机的电流方向也改变了.当线圈转过平衡位置的时候，我们通过改变开关的方向来改变电流的方向，这样线圈就可以随着手动调节开关的闭合方向连续不断地转动下去.

3 制作方法

(1)用漆包线绕成一个矩形线圈，缠绕4或5圈，尺寸大小约20 cm×15 cm，两端留出引线，要把漆皮刮掉.用直径为2.5 mm的铜丝做两个支架，用胶带或图钉固定在木板上.如图1所示.

图2 双刀双掷开关改装成的“手动换向器”

(2) 用两根导线把双刀双掷开关的1和6,3和4接线柱连接起来.如图2所示.

(3) 按图1所示把线圈、磁铁、支架、电池等组装起来.

4 总结

(1)当线圈转过平衡位置的时候，要及时改变开关的方向，这样线圈就才可以随着手动调节开关的闭合方向连续不断的转动下去.这一操作需要多多练习才能运用自如，很有趣味性.

(2)本教具结构简单，便于学生观察与分析.开关闭合方向的改变，会使线圈转动方向发生改变，对前面的知识“当电流方向改变，通电导线受到力的方向也发生改变”有很好的巩固作用.同时对换向器的原理有了更直观的了解.

(3)本教具在参加“第五届全国大学生物理教学技能展评”中发挥了重要作用，受到评委专家的一致好评，同时第一作者获得了物理教学技能展评一等奖.