磁力片的小奥秘

陈伟孟

（中国人民大学附属中学，北京 100080）

磁力片的小奥秘

陈伟孟

（中国人民大学附属中学，北京 100080）

磁力片玩具具有千变万化功能，其关键源自旋转磁力棒的巧妙物理设计，在此对磁力片玩具的内部结构和物理原理进行分析，也对中学物理、综合实践、研究性学习等课程中相关知识的学习和应用具有一定的参考作用.

磁力片；旋转磁力棒；物理原理

近年来市面上有一种极其畅销的积木式儿童玩具，叫磁力片.磁力片玩具通过磁性片单元之间的相互吸引作用，可以轻松构建出各种各样的二维平面图形，以及三维立体造型，如图1所示.这种玩具主要是由多个不同的磁力片及配件构成，有三角形、方形、菱形、扇形等等，用这些基础形状可以拼出无数的精彩造型，极具丰富的变换功能.磁力片有助于幼年儿童认识几何造型和各种颜色，认识空间结构，培养其空间思维、动手能力和创新能力.

磁力片最主要是依据磁性材料的同名磁极相斥、异名相吸的原理来制作的.要方便幼儿能组装成更复杂的图形或结构，在组合磁力片时几乎没有相互排斥的感觉，几乎两两之间都是相互吸引的，这又是如何做到的呢？原来，单片的磁力片都是由有几何图形的塑料材料和若干旋转磁力棒内外组合而成的.如图2（a）所示，塑料几何图形结构的某一边内部都有一圆柱状空间，该存储空间形态与磁力棒相似，但体积略微大于磁力棒，这样可将磁力棒置于该塑料内部空间中而不限制其轴向的转动.更为设计精妙的是，磁力棒的南北极并非棒的轴向两端，而是垂直于轴向的某一径向两侧，如图2（b）所示.正是通过这种结构设计，磁力棒只是被限定于该圆柱空间中，而不是固定于片状结构上，因此可以根据受力情况沿着圆柱轴向旋转的.当有磁力片靠近时，若不是异名磁极，则磁力棒会立刻旋转.如果磁性的南北两极是位于棒的两端的话，则相互靠近时相互排斥就会有一半的概率，当更多个磁力棒相互靠近时就不容易吸到一起了.所以将磁力棒的磁极置于磁力棒沿着圆柱径向的左右两侧，使得任意磁力片相互靠近时，内部的圆柱都能迅速转动，表现出相吸的特性，这正是该玩具对物理知识的匠心独运之处.

图1 磁力片三维造型图

图2 磁力片内部结构示意图

磁力片这种立意新颖的小玩具，综合了物理学中磁性知识的理解和应用，不管是物理教学还是现今STEAM教育所倡导的基于项目实现学科知识融合的观点都很契合.磁力片玩具本身具有了一定的探究性，结合了科学原理和物理探究，更可作为STEAM教育的工程制作、技术运用或实验探究的有益补充，丰富中学教学的实验素材.而且，基于核心素养的新课程建设需要教师和学生积极创造条件，主动开发课程资源，形成更为丰富多彩的课程.

1 王丹凤.对“磁性类科学玩具”课程化的研究［J］.物理通报，2009（11）：7－10.

2 吴彬彬，李琴.用磁力棒玩具验证磁场的叠加法则［J］.物理教学探讨，2015（8）：59－63.

3 普通高中课程标准实验教科书物理选修3－1［M］.北京：人民教育出版社，2014.

2017－01－21）

本文系北京市海淀区“十三五”2016年度教育科学规划课题“基于核心素养的中学物理概念建模教学研究”（编号：HDGH20160231）阶段成果之一.