趣味教具

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“线框穿越磁场”问题是电磁感应部分的一个重要习题类型。主要研究的是线框穿越磁场的过程中有无感应电流产生、判断感应电流的方向、计算感应电流的大小、研究线框的受力情况和运动情况、研究力的做功情况和能量转换情况等。特别是線框穿越磁场的过程中判断感应电流的方向问题，在高考中频繁出现。为了增强该问题教学的趣味性，笔者设计了一个趣味教具。

1教具简介

如图1所示，教具由单摆、

发电线框和显示灯3个部分组成。单摆由铁架台和长木条制成。发电线框固定在单摆的末端，当单摆摆动时，线框在2块强磁铁产生的磁场间来回穿越，致使线框中的磁通量发生周期性的改变，产生方向周期性变化的感应电动势。不同颜色的2只发光二极管，正负极相反并联接在线框的两个抽头上，制成猫头鹰的眼睛，用以显示感应电流的方向。当电流方向向左时，左边的绿灯亮，电流方向向右时，右边的红灯亮。

2所需材料

高60 cm的铁架台1个、十字夹1个、长10 cm的螺丝杆（配有2个螺帽）1根、80 cm×2 cm×08 cm的长木条1根（废旧教学木直尺也可以），

废旧的装修用生料带卷筒（透明最好），直径043 mm的漆包线100 m，6 cm×4 cm×0.5 cm的磁铁2块，10 cm×4 cm×1 cm的小木板2块，长8 cm×4 cm×4 cm的小木块1块（适当大小的废旧塑料盒也可以），红绿发光二极管各1个，彩色硬纸板若干。

3仪器的制作

（1）如图1所示，首先用十字夹将螺丝杆固定在铁架台上，在废旧木直尺的23 cm处打1个孔，穿在螺丝杆上，并用两个螺帽固定，制成单摆。

（2）将漆包线绕在卷筒上（约450圈），两头各留约1 m的抽头，并将线圈用胶带绑在单摆末端。

（3）将红绿2个发光二极管正负极相反并联在漆包线2根抽头的末端，并将抽头固定在长木条上。用彩色硬纸板将卡通猫头鹰固定在单摆上端，2个发光二极管，作为2只眼睛安装在猫头鹰上。

（4）将2块小木板用胶带绑在塑料小盒两端，再将2块磁铁分别绑在小木板内侧（磁铁要异名磁极相对），制成磁铁门放在单摆下方。

（5）调整十字夹的高度、2个螺母的位置、磁铁门的位置，使线圈能在磁铁门之间灵活的摆动。

4使用方法

（1）确定磁场的方向，将单摆拉开适当的角度后静止释放，观察线框进出磁场时2只发光二极管的发光情况，从而分析感应电流的方向。

（2）将磁场换一个方向，重复以上实验，观察2只发光二极管的发光情况，分析感应电流的方向。

5注意事项

（1）由于阻力的作用，线框进出磁场的速度会越来越小，让学生注意观察发光二极管的亮度如何变化，从而说明磁通量变化越慢，感应电动势越小。

（2）教具不使用时，应将强磁铁取下，放入专门的盒子中保管。

（3）在强磁体上贴纸标明极性，以确定磁场的方向。

收稿日期：2017-03-17