用手摇离心转台制作圆盘发电机

郭训盛 朱向阳

（信丰中学，江西 信丰 341600）

人教版普通高中课程标准实验教科书《物理》“楞次定律”一节，有道“问题与练习”题，介绍了法拉第于1831年10月28日在会议上展示他发明的圆盘发电机，并要求学生说明圆盘发电机的原理.法拉第圆盘发电机是人类历史上的第一台发电机，尽管这种发电机产生的电动势很小，但它的诞生，首先向人类揭开了机械能转化为电能的序幕，把人类带向了电气化时代，具有划时代的意义.据了解，多数学校实验室没有配备相应的法拉第圆盘发电机演示装置.笔者利用实验室现有的手摇离心转台设计制作了法拉第圆盘发电机演示装置，在教学中取得了良好的效果.

1 实验器材

J2129手摇离心转台1台，钕铁硼超强磁铁（规格为5cm×5cm×1cm）1块，敷铜板1块，导线，J0401演示电表等.

2 装置制作

用1块敷铜板加工成直径约15cm的圆盘（也可用相应大小的铜盘或铝盘），圆心位置开个孔，孔径大小与离心转台从动轮轮轴相同，用2颗螺母把圆盘（敷铜面朝外）固定在轮轴一端（敷铜面与轮轴通过螺母要接触良好）.如图1所示，让离心转台直立放置，在离心转台底脚与从动轮轴承之间的底座上吸附1块钕铁硼超强磁铁（为了便于变换磁极和拆卸磁铁，可用厚约1cm的木板把磁铁和离心转台的底座隔开，如果磁铁直接吸附在底座上，由于磁力大，不方便变换磁极和拆卸磁铁）.把带圆盘的轮轴插入到离心转台上端的轴承和从动轮里，调节圆盘背面与磁铁之间的间隙，尽量使它们靠近，但不要接触，然后打紧从动轮上的固定螺丝，并把皮带套接在从动轮和驱动轮上.用皮筋把多芯胶皮导线的一头（另一头焊接1个鳄鱼夹，用于连接电表）扎在离心转台的底脚上作圆盘边缘电刷，电刷利用胶皮导线铜丝本身形变的弹力，使铜丝压住圆盘并与之接触良好，如图2.圆盘中心则无需安装电刷，因为固定圆盘的轮轴与铜面和离心转台的金属支架互相连通，所以可把离心转台的金属支架当做圆盘中心电刷，实验时只要把金属支架某处的油漆打磨干净，用导线与此处连接就可与圆盘中心连通.利用离心转台的支架当做圆盘中心电刷，不但省去了1根有形的电刷，装置结构也变得简洁明了.

图1

图2

3 实验演示

如图1所示，把演示电表的G档接线柱和公共接线柱用导线分别与发电机圆盘边缘电刷和离心转台的金属支架相连接.手摇离心转台的驱动轮，转速由慢渐快，在从动轮的带动下，圆盘快速转动起来，无数条圆盘“半径”快速切割磁感线运动产生电磁感应现象，使圆盘边缘与圆心之间产生感应电动势，可看到与圆盘发电机连接的演示电表指针大幅度偏转，可达80μA.反向转动离心转台的驱动轮或变换磁极，可看到演示电表指针也反向偏转.

利用手摇离心转台具有在人力作用下使转动轴快速转动、金属支架的导电性和装置结构厚重稳实的特点，巧妙地把铜盘、磁铁与离心转台组合成法拉第圆盘发电机，不但装置制作简单易行、实验效果明显，而且也挖掘了手摇离心转台在实验教学中的新功能，为提高它在教学中的使用价值开辟了新途径.

1 课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书·物理（选修3-2）［M］.北京：人民教育出版社，2006：14.

2 朱向阳.也谈法拉第圆盘发电机的磁通量变化［J］.教学仪器与实验，2011，27（8）：25－27.