两用线框电动机模型的制作与使用

胡永顺+庄霞

摘 要：初中物理苏科版教材演示电动机原理时，用两个自制线框电动机模型分别演示上下摆动和连续转动的实验现象，本文讲述了用一个自制线框电动机模型演示以上两个实验现象的制作与使用.

关键词：两用；简易；线框电动机

初中物理苏科版九下第十六章第三节讲述直流电动机的原理时，运用了最简易的线框电动机模型进行演示实验，教材用两个不同线框分别演示了两个实验，一个实验演示线框在平衡位置附近摆动，另一个实验演示线框连续转动，这两个线框的唯一区别是一个线框的一端转轴上的漆全部刮除干净，而另一线框的一端转轴上的漆只把上半部分的的漆刮除干净.该器材实验室没有现成的仪器，需要老师用直径约0.7mm-1.0mm的漆包线自制.本文作者对该实验器材进行了创新，实现了用一个最简易的线框电动机模型演示以上两个实验现象的功能.

1 在平衡位置附近摆动简易线框电动机模型的制作（教材呈现1）

苏科版九下物理活动16.8观察磁场对通电线圈的作用这样描述：用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去放入磁场，如图16—27（本文如图1）所示.闭合开关，线圈将会怎样运动？你观察到什么现象？想一想：磁场中的通电线圈为什么会这样运动？本实验的实验现象是以通电线圈的平面与磁感线垂直位置为平衡位置上下摆动.我校实验室用的实验器材与教材器材类似，

如图2所示，实验效果良好.制作过程为：取直径为0.7mm-1.0mm的漆包线，以实验室用小灯座为模具，将漆包线沿小灯座外沿绕制成矩形线圈，绕制的匝数为3匝左右，为使线圈的上下线框的匝数相同，使线圈的重心能落在中心转轴上，绕制线圈时最后回收段从线框的中心穿过，这段漆包线正好当线框的转轴使用，这样即解决了线框重心调节问题，又提高了线框的稳定度和牢固度，可谓一举两得.线圈绕制完毕后，再把四条边捋直，对转轴的位置微调，使线框的重心尽可能地落在转轴上.检测的标准是把线框放在支架上，转动线框，若线框能在任意位置停留，证明线框的重心在转轴上.最后把转轴两端漆包线上的绝缘漆刮除干净，如图2所示，这样能够演示晃动的线圈就制作完成.

2 连续转动简易线框电动机模型的制作（教材呈现2）

在苏科版九下物理48页习题第4题这样描述：如图16—33（本文如图3所示）所示是简易的直流电动机模型，怎样才能使它连续转动？试一试，按图示的方法把线圈两端导线上的漆刮去，通电后，线圈将怎样运动？该线圈的制作方法与本文晃动的线圈制作方法大致相同，唯一不同之处就是晃动线圈是把转轴两端漆包线上的绝缘漆刮除干净，而要連续转动的线圈是把其中一端漆包线上的绝缘漆刮除干净，而另一端是把转轴的下表面的绝缘漆刮除干净或者是把线圈转轴两端同一侧下表面的漆刮除干净.

3 最简易两用线框电动机模型的制作与使用

在实际的课堂教学时，教师讲述直流电动机的原理，用图1的器材演示线圈晃动实验，通过实验引导学生分析线圈不能持续转动的原理，最后引入换向器这一灵巧结构的工作原理，实现了线圈持续转动.为了演示线圈的持续转动，传统的做法是用图3所示的器材进行演示，这样不仅是从形式上对图1实验的呼应，更是从原理上验证了电动机的基本原理.这样做的缺陷是在操作演示时，要制作两个线框，一个用于演示晃动实验现象，另一个用于演示持续转动实验现象，实验时略显繁琐.为此笔者对本实验进行了改进，用一个线圈既能演示晃动实验现象又能演示持现象续转动实验.如图4所示，线圈的绕制方法与本文晃动的线圈制作方法相同，所不同的是其中一端的转轴要稍微加长，加长端的转轴分两段使用（用绝缘皮隔开），其中一段把漆包线上绝缘漆全部刮除，另一段只刮除下表面的绝缘漆，转轴的另一端则把漆包线上绝缘漆全部刮除.如图5所示，由于靠近线框的一段漆包线上绝缘漆全部刮除，所以此时该段与另一端轴放在支架上，就能演示上下晃动现象；如图6所示，由于稍远离线框的一段漆包线上只刮除下表面的绝缘漆，所以此时该段与另一端轴放在支架上， 就能演示持续转动的现象.这样就实现了一个线框只要放置于不同宽度的支架上就可以演示两个不同的物理现象，不仅简化了操作，更是鲜活地向学生展示了“控制变量法”这一科学研究方法.

制作简易电动机两点注意事项：（1）要使线框能够成功演示晃动或是持续转动现象，关键就是要调节线框的重心，使线框的重心落在转轴上，这就要求在制作线框时边框必须平直，矩形角度保证四角都为90度，轴线位置处于线框中间位置；（2）转轴两端漆包线上的需要刮除的绝缘漆必须刮除干净，以避免演示时出现接触不良现象.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[M].北京：北京师范大学出版，2011.

[2]初中物理九年级下册[M].江苏凤凰科学技术出版社，2004.