磁電式儀表中鋁框骨架的作用演示裝置

朱向陽，鐘曉青，朱和鵬

（1．信豐中學，江西 信豐341600；2．贛州市教研室，江西 贛州341000）

1 引 言

人教版普通高中課程標準實驗教科書·物理（選修3－2），在“渦流、電磁阻尼和電磁驅動”一節(jié)的 “思考與討論”欄目里，要求學生根據(jù)電磁阻尼現(xiàn)象，分析討論用鋁框做磁電式儀表線圈骨架的作用．為了提高教學效果，筆者設計并制作了能演示線圈的鋁框骨架在磁電式儀表中會受到電磁阻尼作用的裝置．該裝置還可用于演示磁電式儀表的工作原理．

2 實驗器材

鋁片（40 cm×4 cm）1塊，PVC線槽板蓋（40 cm×4cm）1個（敷設線路用材），木板（20cm×15 cm）1塊，漆包線（直徑約0．2mm、長約350cm）2根，中性筆筆芯2根，釹鐵硼超強磁鐵（8 cm×8 cm×2 cm）1塊，螺絲2顆，銅導線（直徑約2 mm）、輕質(zhì)塑料管、導線和電池等．

3 裝置制作

1）線圈的制作．如圖1所示，把鋁片彎折成邊長約8 cm的正方形鋁框，重疊的2塊鋁片上開4個小孔，各用1小段鋁線錘打鉚合，便成線圈的鋁框骨架．在骨架相對的2條邊的中心上方處各開筆芯大小的孔，孔內(nèi)插1段中性筆筆芯．用漆包線在鋁框上（筆芯下方）纏繞約10匝的線圈，線圈的2個線頭除去絕緣漆后，分別插入筆芯兩端的孔內(nèi)（筆芯中間塞1段絕緣物，防止線圈短路）．筆芯兩端各插入1段直徑約2 mm的銅導線，作轉動軸兼線圈的外接電源導體，插入筆芯部分的銅導線一定要與筆芯內(nèi)的線圈線頭接觸良好（也可以把線頭焊接在銅導線上）．再把其中1根銅導線向上彎折90°，并在線頭上套接1根長約20 cm的輕質(zhì)塑料管作指針．用類似的方法，把PVC線槽板蓋制作成PVC材質(zhì)骨架的線圈（裝置質(zhì)量盡量與鋁框骨架線圈的質(zhì)量相同），用于做對比實驗．

圖1 線圈裝置圖片

2）底座裝置的制作．如圖2所示，用2根長約20 cm的銅導線彎折成圖中所示的2個支撐架（支撐架高約8 cm，末端圓弧高約6 cm），在木板一端相距12 cm處開2個螺絲孔，用螺絲把支撐架固定在木板上，螺絲兼作外接電源的接線柱．再把上述2個線圈分別放在支撐架上（線圈的轉動軸置于支撐架的圓弧里），當穩(wěn)定時，觀察骨架平面是否處在水平面上．如線圈骨架不在水平面上平衡，則可在骨架較輕的邊上加纏漆包線（應注意加纏的漆包線不能與線圈接通）增大此邊的質(zhì)量，使線圈骨架大致能在水平面上平衡．

圖2 底座裝置圖片

4 實驗方法

4．1 對比演示鋁框骨架在磁電式儀表中的作用

如圖3所示，先把PVC材質(zhì)骨架的線圈置于支撐架上，線圈骨架旁邊直立1塊釹鐵硼強磁鐵（磁鐵靠近線圈，但不能阻礙骨架轉動）．用導線把1節(jié)干電池的正負極分別與底座上的2個接線柱連接．當線圈通電時，可看到線圈在安培力作用下帶動骨架發(fā)生偏轉，但很難穩(wěn)定，指針總是左右擺動．再換用鋁框骨架的線圈重做實驗，當線圈通電時，可看到線圈在安培力作用下帶動鋁框骨架發(fā)生偏轉，并能很快穩(wěn)定，指針左右擺動的次數(shù)少，這表明鋁框骨架受到了電磁阻尼的作用．由于電磁阻尼的作用，電表指針便能盡快地穩(wěn)定在某一位置，這樣便于讀出測量數(shù)據(jù)，這就是用鋁框做磁電式儀表線圈骨架的作用．

圖3 實驗裝置圖片

4．2 演示電流表的工作原理

把鋁框線圈置于支撐架上，用導線把1節(jié)干電池和滑動變阻器串聯(lián)后向線圈供電，調(diào)節(jié)變阻器改變線圈中的電流，可看到指針偏轉的角度發(fā)生改變；改變線圈中的電流方向，可看到指針的偏轉方向也隨之改變．

5 結束語

分別用鋁框骨架和PVC骨架繞制線圈制作成簡易磁電式儀表，在教學中采用對比演示的方法，讓學生在通過觀察實驗現(xiàn)象的基礎上，分析、討論線圈的鋁框骨架在磁電式儀表中的作用，有利于提高課堂教學效果．

［1］ 課程教材研究所．普通高中課程標準實驗教科書·物理（選修3－2）［M］．北京：人民教育出版社，2006：27．