兩用線框電動機模型的制作與使用

胡永順+莊霞

摘 要：初中物理蘇科版教材演示電動機原理時，用兩個自制線框電動機模型分別演示上下擺動和連續轉動的實驗現象，本文講述了用一個自制線框電動機模型演示以上兩個實驗現象的制作與使用.

關鍵詞：兩用；簡易；線框電動機

初中物理蘇科版九下第十六章第三節講述直流電動機的原理時，運用了最簡易的線框電動機模型進行演示實驗，教材用兩個不同線框分別演示了兩個實驗，一個實驗演示線框在平衡位置附近擺動，另一個實驗演示線框連續轉動，這兩個線框的唯一區別是一個線框的一端轉軸上的漆全部刮除干凈，而另一線框的一端轉軸上的漆只把上半部分的的漆刮除干凈.該器材實驗室沒有現成的儀器，需要老師用直徑約0.7mm-1.0mm的漆包線自制.本文作者對該實驗器材進行了創新，實現了用一個最簡易的線框電動機模型演示以上兩個實驗現象的功能.

1 在平衡位置附近擺動簡易線框電動機模型的制作（教材呈現1）

蘇科版九下物理活動16.8觀察磁場對通電線圈的作用這樣描述：用漆包線繞成線圈，將線圈兩端的漆全部刮去放入磁場，如圖16—27（本文如圖1）所示.閉合開關，線圈將會怎樣運動？你觀察到什么現象？想一想：磁場中的通電線圈為什么會這樣運動？本實驗的實驗現象是以通電線圈的平面與磁感線垂直位置為平衡位置上下擺動.我校實驗室用的實驗器材與教材器材類似，

如圖2所示，實驗效果良好.制作過程為：取直徑為0.7mm-1.0mm的漆包線，以實驗室用小燈座為模具，將漆包線沿小燈座外沿繞制成矩形線圈，繞制的匝數為3匝左右，為使線圈的上下線框的匝數相同，使線圈的重心能落在中心轉軸上，繞制線圈時最后回收段從線框的中心穿過，這段漆包線正好當線框的轉軸使用，這樣即解決了線框重心調節問題，又提高了線框的穩定度和牢固度，可謂一舉兩得.線圈繞制完畢后，再把四條邊捋直，對轉軸的位置微調，使線框的重心盡可能地落在轉軸上.檢測的標準是把線框放在支架上，轉動線框，若線框能在任意位置停留，證明線框的重心在轉軸上.最后把轉軸兩端漆包線上的絕緣漆刮除干凈，如圖2所示，這樣能夠演示晃動的線圈就制作完成.

2 連續轉動簡易線框電動機模型的制作（教材呈現2）

在蘇科版九下物理48頁習題第4題這樣描述：如圖16—33（本文如圖3所示）所示是簡易的直流電動機模型，怎樣才能使它連續轉動？試一試，按圖示的方法把線圈兩端導線上的漆刮去，通電后，線圈將怎樣運動？該線圈的制作方法與本文晃動的線圈制作方法大致相同，唯一不同之處就是晃動線圈是把轉軸兩端漆包線上的絕緣漆刮除干凈，而要連續轉動的線圈是把其中一端漆包線上的絕緣漆刮除干凈，而另一端是把轉軸的下表面的絕緣漆刮除干凈或者是把線圈轉軸兩端同一側下表面的漆刮除干凈.

3 最簡易兩用線框電動機模型的制作與使用

在實際的課堂教學時，教師講述直流電動機的原理，用圖1的器材演示線圈晃動實驗，通過實驗引導學生分析線圈不能持續轉動的原理，最后引入換向器這一靈巧結構的工作原理，實現了線圈持續轉動.為了演示線圈的持續轉動，傳統的做法是用圖3所示的器材進行演示，這樣不僅是從形式上對圖1實驗的呼應，更是從原理上驗證了電動機的基本原理.這樣做的缺陷是在操作演示時，要制作兩個線框，一個用于演示晃動實驗現象，另一個用于演示持續轉動實驗現象，實驗時略顯繁瑣.為此筆者對本實驗進行了改進，用一個線圈既能演示晃動實驗現象又能演示持現象續轉動實驗.如圖4所示，線圈的繞制方法與本文晃動的線圈制作方法相同，所不同的是其中一端的轉軸要稍微加長，加長端的轉軸分兩段使用（用絕緣皮隔開），其中一段把漆包線上絕緣漆全部刮除，另一段只刮除下表面的絕緣漆，轉軸的另一端則把漆包線上絕緣漆全部刮除.如圖5所示，由于靠近線框的一段漆包線上絕緣漆全部刮除，所以此時該段與另一端軸放在支架上，就能演示上下晃動現象；如圖6所示，由于稍遠離線框的一段漆包線上只刮除下表面的絕緣漆，所以此時該段與另一端軸放在支架上， 就能演示持續轉動的現象.這樣就實現了一個線框只要放置于不同寬度的支架上就可以演示兩個不同的物理現象，不僅簡化了操作，更是鮮活地向學生展示了“控制變量法”這一科學研究方法.

制作簡易電動機兩點注意事項：（1）要使線框能夠成功演示晃動或是持續轉動現象，關鍵就是要調節線框的重心，使線框的重心落在轉軸上，這就要求在制作線框時邊框必須平直，矩形角度保證四角都為90度，軸線位置處于線框中間位置；（2）轉軸兩端漆包線上的需要刮除的絕緣漆必須刮除干凈，以避免演示時出現接觸不良現象.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[M].北京：北京師范大學出版，2011.

[2]初中物理九年級下冊[M].江蘇鳳凰科學技術出版社，2004.