自制多功能型换向器原理演示仪

2021-09-02江苏省徐州市西苑中学221000

中小学实验与装备 2021年4期

江苏省徐州市西苑中学(221000) 杨涛

1 前言

苏教版九年级物理教材下册第16章“电磁转换”中，包含多个研究电与磁之间关系的经典实验。其中不少概念和原理都较为抽象，对学生的思维能力和空间想象能力要求较高，教学中又缺少直观的演示教具。尤其对于乡镇学校，实验器材匮乏，学生分组实验难以开展。因此，教师的演示实验绝不能再缺席。为此，笔者利用身边材料，研制了换向器原理演示仪，并赋予其多种功能，方便教师在本章教学过程中连续使用，以提升实验教学的质量。

2 制作材料

1只表面涂有绝缘层的易拉罐，2块超薄铜片，2条长条形铝片，2对细螺丝和螺丝帽，6～8片强磁片，2条钢锯条，1个由亚克力板(或木质材料)制成的约为300 mm×200 mm矩形中空线圈框，由红色、绿色发光二极管制成的具有单向导电性的流水灯带各1条，废旧录音带，箭头状磁贴，热熔胶等。

3 制作方法

(1)截取200 mm×20 mm和300 mm×20 mm的矩形亚克力板长条各6片(也可用木质材料代替)，用热熔胶焊接成约300 mm×200 mm的矩形中空线圈框。线圈框的一边，横穿易拉罐体，并点胶固定，如图1所示。

图1 步骤(1)图示

(2)用热熔胶将红、绿两种颜色的流水灯带，分别反向粘贴在矩形线圈框的上下表面，如图2所示。

图2 步骤(2)图示

(3)用宽胶带绕易拉罐粘贴包裹一周，以保证绝缘性。再用2块超薄铜片各自覆盖易拉罐体约半周，但保留铜片间的缝隙，避免2块超薄铜片之间连接，如图3所示，即为两个半铜环。

图3 步骤(3)图示

(4)将2条流水灯带的正负引线，分别与易拉罐上的2块超薄铜片的表面相连，确保接触良好，如图4所示。

(5)在易拉罐的塑料盖的边缘位置，对称打孔。用细螺丝将铝片的一端固定到易拉罐的塑料盖上，铆合拧紧，如图5所示。螺丝多出的部分正好作为电极引线，便于电源夹夹合供电。铝片的另一端则与易拉罐上的超薄铜片贴合。以上即为电刷部分。

图5 步骤(5)图示

(6)用热熔胶在矩形线圈框的左右两侧各焊接3～4块强磁片，用以吸附钢锯条，如图6所示。至此，已完成教具的制作，组装后的教具实物图见图7。

图6 步骤(6)图示

图7 教具实物图

4 特点用途

4.1 教具特点

(1)结构紧凑、精巧便携，且由低压电源供电，不受场地限制，可供学生近距离观察、亲手操作，非常适合作为课堂演示教具。

(2)演示效果好，现象生动有趣，可视性、直观性极强，能有效突破教学难点，帮助学生更好地理解相关原理。同时极大地激发了学生的研学兴趣。如由发光二极管制成的流水灯，具有单向导电性，利用它模拟电动机的线圈，通电后的流水灯光，展示出电动机线圈在转动过程中电流方向的变化，非常炫酷，极具吸引力。

(3)使用操作简单，产品的综合性、拓展性好，可用于多个内容的教学。如将钢锯条吸附于矩形线圈框左右两侧强磁片，视其为刀，以拉直的废旧录音带为磁感线，可以直观地模拟发电机的线圈在磁场中转动时做切割磁感线运动，帮助学生更好地理解发电机原理。也可以为高中阶段说明反电动势做演示铺垫。另外，将箭头状磁贴吸附在钢锯条上，调节箭头方向，还可以模拟磁场对通电线圈的安培力作用，直观演示电动机的转动原理，顺利建构平衡位置的概念。

(4)材料易得、成本低廉、易于制作、可重复使用，有利于培养学生勤俭节约和变废为宝的意识。

(5)教师自制作品，学生极感兴趣，引领示范作用显著。