用手搖離心轉(zhuǎn)臺制作圓盤發(fā)電機

郭訓盛 朱向陽

（信豐中學，江西 信豐 341600）

人教版普通高中課程標準實驗教科書《物理》“楞次定律”一節(jié)，有道“問題與練習”題，介紹了法拉第于1831年10月28日在會議上展示他發(fā)明的圓盤發(fā)電機，并要求學生說明圓盤發(fā)電機的原理.法拉第圓盤發(fā)電機是人類歷史上的第一臺發(fā)電機，盡管這種發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢很小，但它的誕生，首先向人類揭開了機械能轉(zhuǎn)化為電能的序幕，把人類帶向了電氣化時代，具有劃時代的意義.據(jù)了解，多數(shù)學校實驗室沒有配備相應的法拉第圓盤發(fā)電機演示裝置.筆者利用實驗室現(xiàn)有的手搖離心轉(zhuǎn)臺設計制作了法拉第圓盤發(fā)電機演示裝置，在教學中取得了良好的效果.

1 實驗器材

J2129手搖離心轉(zhuǎn)臺1臺，釹鐵硼超強磁鐵（規(guī)格為5cm×5cm×1cm）1塊，敷銅板1塊，導線，J0401演示電表等.

2 裝置制作

用1塊敷銅板加工成直徑約15cm的圓盤（也可用相應大小的銅盤或鋁盤），圓心位置開個孔，孔徑大小與離心轉(zhuǎn)臺從動輪輪軸相同，用2顆螺母把圓盤（敷銅面朝外）固定在輪軸一端（敷銅面與輪軸通過螺母要接觸良好）.如圖1所示，讓離心轉(zhuǎn)臺直立放置，在離心轉(zhuǎn)臺底腳與從動輪軸承之間的底座上吸附1塊釹鐵硼超強磁鐵（為了便于變換磁極和拆卸磁鐵，可用厚約1cm的木板把磁鐵和離心轉(zhuǎn)臺的底座隔開，如果磁鐵直接吸附在底座上，由于磁力大，不方便變換磁極和拆卸磁鐵）.把帶圓盤的輪軸插入到離心轉(zhuǎn)臺上端的軸承和從動輪里，調(diào)節(jié)圓盤背面與磁鐵之間的間隙，盡量使它們靠近，但不要接觸，然后打緊從動輪上的固定螺絲，并把皮帶套接在從動輪和驅(qū)動輪上.用皮筋把多芯膠皮導線的一頭（另一頭焊接1個鱷魚夾，用于連接電表）扎在離心轉(zhuǎn)臺的底腳上作圓盤邊緣電刷，電刷利用膠皮導線銅絲本身形變的彈力，使銅絲壓住圓盤并與之接觸良好，如圖2.圓盤中心則無需安裝電刷，因為固定圓盤的輪軸與銅面和離心轉(zhuǎn)臺的金屬支架互相連通，所以可把離心轉(zhuǎn)臺的金屬支架當做圓盤中心電刷，實驗時只要把金屬支架某處的油漆打磨干凈，用導線與此處連接就可與圓盤中心連通.利用離心轉(zhuǎn)臺的支架當做圓盤中心電刷，不但省去了1根有形的電刷，裝置結(jié)構(gòu)也變得簡潔明了.

圖1

圖2

3 實驗演示

如圖1所示，把演示電表的G檔接線柱和公共接線柱用導線分別與發(fā)電機圓盤邊緣電刷和離心轉(zhuǎn)臺的金屬支架相連接.手搖離心轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動輪，轉(zhuǎn)速由慢漸快，在從動輪的帶動下，圓盤快速轉(zhuǎn)動起來，無數(shù)條圓盤“半徑”快速切割磁感線運動產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象，使圓盤邊緣與圓心之間產(chǎn)生感應電動勢，可看到與圓盤發(fā)電機連接的演示電表指針大幅度偏轉(zhuǎn)，可達80μA.反向轉(zhuǎn)動離心轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動輪或變換磁極，可看到演示電表指針也反向偏轉(zhuǎn).

利用手搖離心轉(zhuǎn)臺具有在人力作用下使轉(zhuǎn)動軸快速轉(zhuǎn)動、金屬支架的導電性和裝置結(jié)構(gòu)厚重穩(wěn)實的特點，巧妙地把銅盤、磁鐵與離心轉(zhuǎn)臺組合成法拉第圓盤發(fā)電機，不但裝置制作簡單易行、實驗效果明顯，而且也挖掘了手搖離心轉(zhuǎn)臺在實驗教學中的新功能，為提高它在教學中的使用價值開辟了新途徑.

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，2006：14.

2 朱向陽.也談法拉第圓盤發(fā)電機的磁通量變化［J］.教學儀器與實驗，2011，27（8）：25－27.