電磁綜合實驗儀的設計與制作

摘要 結合楞次定律和感應電動機的教材內容，利用易拉罐、飲料瓶、漆包線等日常用品制作“簡易電磁驅動器”與“三相交流感應電動機”的演示器。

關鍵詞 旋轉磁場 電磁驅動 三相交流感應 電動機教具制作

中圖分類號 03 文獻標識碼 A 文章編號 1009-5489(2007)06-0081-02

一、教具制作的必要性和意義

1、自制教具的目的

設計與制作教具總的目的是為了提高教學質量、培養學生的創造意識和綜合實驗技能。在自制教具中要求根據下列的范圍來設計和制作：一類為完善實驗體系填補空白的新實驗，另一類是改善未定型的舊實驗，還有一類就是為適應教改需要與新的教材教法配套的專用實驗。

2、自制教具的必要性

自制教具是科學家的傳統，是教育事業發展的需要是廠制儀器的先導是新大綱的明確要求。

3、自制教具的意義

自制教具在物理教學實踐中占有重要地位，為實施“實驗探索教學法”創造了條件。使用自制教具進行教學能夠引起學生的興趣，有助于教學改革的深入發展而且構造簡單，方便安全。

二、演示器的制作原理

電動機是一種把電能轉化為機械能的機械設備。如接通電源，其轉子便帶動生產機械一同轉動。如果在線圈中間置一磁針，并把低壓三相交流電通人各線圈，則可看到磁針立刻旋轉起來，若三個線圈的平面不成排列，則磁針獲得的轉矩很不均勻，運轉性能較差。若三各線圈的平面平行或重合，則磁針不轉動。如果用一永久磁鐵在磁針周圍旋轉，則磁針也會轉動起來。對比這兩個實驗，可得出結論：在第一個實驗中，磁針的旋轉說明在磁針周圍有一旋轉磁場存在。相反，磁針不旋轉說明在磁針周圍沒有旋轉磁場存在。

三、演示器的制作方法

1、鋁框用易拉罐制作

在易拉罐上剪下3個寬為15mm的圓環：

(1)其中一個鋁環彎成40mm65mm的鋁框。在豎直軸線位置的上方鉆一個直徑為3mm的圓孔，并插入一個按扣作為軸承，在軸線下方鉆一個直徑為5mm的圓孔，使鋁框軸從中間穿過。

(2)取另一個鋁環，彎成40mm65mm的鋁框。在65mm長的一邊中間部位剪下1em長的斷口，并用透明膠布把斷口的兩端連接好。在豎直軸線位置的上方鉆一個直徑為3mm的圓孔，并插入一個按扣作為軸承，在軸線下方鉆一個直徑為5mm的圓孔，使鋁框軸從中間穿過，與它匹配的鋁框軸要用透明膠布纏上。

(3)取最后一個鋁環彎成40mm65mm的鋁框。在豎直軸線位置的上方鉆一個直徑為3mm的圓孔，并插入一個按扣作為軸承，在軸線下方用剪刀剪斷。

2、鋁框軸用直徑為2mm的車條制作，長為95mm，頂部磨成針尖狀，目的在于減小摩擦，底部固定在底座上，插入10mm。共做這樣的鋁框軸4個。再用車條制一個190mm的鋁框軸，底部固定在底座上，插入10mm。

3、底座為8em8cm1.5cm的木板，中心位置用電鉆鉆一個直徑為1.9mm的圓孔，以備釘入鋁軸框。共做這樣的底座5個。再做一個底座為20cm×20cm×1.5cm的木板，中心位置用電鉆鉆一直徑為1.9mm的圓孔，以備釘入鋁框軸，再在這個底座的任意一邊，距邊緣2cm處用電鉆鉆三個直徑為4mm的圓孔，以備插入接線柱。

4、軸支架用596ml的娃哈哈塑料瓶制作。從頂部算起在135mm處畫一個閉合剪切線，在4個邊的中部以剪切線為一邊向瓶底畫出一個邊長為1em的正方形，作為固定用的彎折片，按畫線將瓶剪下。在彎折片正中燙一個直徑為4mm圓孔，這樣的飲料瓶共做3個，用木螺絲分別將其固定在各個底板上，任取其中一個瓶蓋，在正中燙一個直徑為2mm圓孔，以備安裝轉軸架。

5、轉架軸用一段帶螺絲的直徑為2mm車條制作，長為75mm，頂部磨成針尖狀，用2個車條帽將其固定在軸支架的瓶蓋上。

6、轉架用1.25L娃哈哈瓶制作。從瓶頂部算起剪下180ram高的瓶。在底部外側，對應鋁框水平軸線位置上，用兩面膠粘上直徑30mm，厚5mm的鐵氧體磁場(每側各兩塊)，在瓶蓋上鉆一個直徑為3mm圓孔，按上按扣，作為轉架的軸承。

7、鼠籠子用易拉罐來制作，把易拉罐的頂端剪下，在底端中間位置鉆一個直徑為3ram圓孔，按上按扣，作為轉動的軸承。在易拉罐周圍均勻地剪下長為10cm，寬為1cm的鋁片，這樣貌似籠子的轉子就做成了。

8、三相線圈的制作

(1)用漆包線繞成三個150匝的線圈，三個矩形線圈的規格分別為：27cm14cm、28cm14cm、29cm12cm，并留出較長的首端和尾端，隨后分別用紅、綠、黃彩帶纏上。

(2)三個線圈的平面以排列，并用細線綁住。用1.56L的飲料瓶做一固定架，從飲料瓶底部算起在10cm處剪下一閉合線，均勻地剪出寬為2cm，高分別為6cm、7cm、8cm、6cm、7cm、8cm的六個彎折片，并在彎折片正中燙一個直徑為4mm圓孔，用木螺絲分別將其固定在20cm×20cm×1.5cm的木板上，使三相線圈固定。

(3)三相線圈的三個線圈的任意一端連在一起，用膠布固定在底座的下邊，其余三端用錫焊分別與三個接線柱相連。

9、裂相電源、小磁針和靈敏電流計、示波器、導線、接線柱使用實驗室的現成設備。

四、使用方法

1、電磁驅動現象

按圖所示進行儀器安裝，將該儀器放置在水平桌面上，轉動轉架上的瓶蓋，使轉架繞豎直軸線轉動，這時磁塊中間形成旋轉磁場，閉合鋁框發生旋轉，而未閉合鋁框不旋轉。

2、三相交流感應電動機

按圖所示進行儀器安裝，將該儀器放置在水平桌面上，接通電源，線圈中間產生旋轉磁場，閉合鋁框發生旋轉，因為閉合鋁框中有感應電流產生，感應電流在磁場里受到力的作用而使鋁框旋轉起來。這就是三相交流感應電動機的演示。