通电导体在磁场中受力转动的新演示

通电导体在磁场中受力转动的新演示

刘成国苏树龙①

(平山县岗南中学河北 石家庄050408)

作者简介：①苏树龙(1957-)，男，中教高级,从事物理教学及实验教具的研究.

收稿日期：(2015-03-31)

此设计是为了探究通电导体在磁场中受力转动情况，转子周围的磁场分布是怎样的，为什么会转动，受到怎样的一种力？为什么这种受力转动不用换向器？让学生明白通电导体在磁场中受力的道理，感受实验探究的过程和方法.

1装置特点及用途

1.1特点

(1)该教具结构非常简单，制作容易，操作简便，效果显著，适合学生探究性实验，能引起学生极大的兴趣.

(2)设计新颖，意想不到的现象可以激起学生的创新欲望.原理简单，一看就明白，便于推广.

1.2本设计装置的主要用途

(1)通过这个有趣的探究实验，学生可以学习、巩固有关电流和磁场间相互作用的关系，电动机受力原理.学会实验探究的方法.

(2)激发学生学习的兴趣，培养学生创新意识和动脑动手实验能力.

2制作材料

环形磁铁，铁片或铜片、铝片，铜丝导线等.

3制作方法

设计装置如图1和图2所示.

把一个废旧喇叭上拆下的环形磁铁放在一块木板上，在环形磁铁上放一块圆形铝板或圆形铜片.图中的固定导体就是一根铜丝或其他金属丝，把它放进圆形铝板和环形磁铁的中间，注意固定导体和圆形铝板间是绝缘的.穿过圆形铝板和环形磁铁的固定导体作为一个接线柱A；另一个接线柱B是从圆形铝板上引下来的.这两个接线柱是用来接电源的；转子用非铁质的导电金属片剪成如图形状，或用从过去旧机械表上拆下的齿轮和一根铜丝做成如图2所示转子，按图装好即可.

图1　结构图

图2　各种形状转子

4使用方法及原理

将制作好的金属片转子按图1放上，接通电源(3～6V)，金属片转子就绕中间轴转动.电压大，转速快，电压小，转速慢.改变电流方向，转动方向随之改变.当然也可改变磁场方向.这种金属片转子受力转动不需要换向器.(书中讲到的电动机如果没有换向器，通以直流电的线圈在相邻的两个半周对称位置受到的力矩总是反向的，那么线圈就不能连续地

转动.但这个金属片转子用的方法是使金属片转子始终通过转轴通电，电流方向改变，磁场方向不变，转轴受到始终和它水平垂直方向的力，在这个力的作用下转子就转动起来.比如，电流是从A接线柱流入，通过固定导体、转轴和金属片转子，再通过圆形铝板从接线柱B流出，假如磁场方向向下，根据安培定则，受力F如图1所示.

此教具的创新之处在于，突破了以往电动机的线圈随着轴转动，而且需要换向器，此教具没有换向器，不存在平衡点，任何位置都可启动，因此制作非常方便；其次，教具设计非常巧妙，结构简单，一看就会做，因此构造具有可见性、简洁性和美感；另外，实验现象突出了直观性、奇特性和趣味性.

通过这些电磁教具的制作实验活动，学生们可以获得有关电和磁联系方面的感性知识，也能理解过去的科学发明在现代生活中所产生的巨大影响(如电动机在许多小电器中都会找到，日常使用的电器，如电话机、搅拌机、门铃等都有电动机)，从而培养他们爱科学、学科学、用科学的志趣.