試述電磁船模型的制作

王宇飛

摘 要：電磁學是研究電和磁的相互作用現象及其規律和應用的物理學重要分支，隨著科技的發展，電與磁在工作和生活中得到了廣泛使用，給我們帶來了諸多便利。電磁船正是利用電磁學相關物理原理，使得通電導體在磁場中受到力的作用影響，導致海水向后噴出，船體依靠反作用力向前行進。通過制作電磁船模型，即鍛煉動手能力，激發物理學習興趣，還檢驗了電磁學所掌握的知識。

關鍵詞：電磁船；模型；制作步驟

中圖分類號：U61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0066-02

隨著社會的發展與進步，在法拉第發現電磁感應現象并在相關學者深入研究下，電磁學知識已經有效應用于我們日常生活以及高新科技研究中。以往所使用的輪船多數使用了螺旋槳這一推進裝置，在電磁學知識得到廣泛應用后，發現使用電磁推進系統原理更加簡單，使用時出現故障的概率更低，因此人們積極開發了電磁船。為了更深入的了解該方面知識，現就電磁船模型的制作過程進行探討和分析。

1 電磁船概述

根據日常了解到的科技信息，我們發現以往的輪船主要使用了螺旋槳，雖然該種推進裝置也能夠促使輪船順利行駛，但在運行過程中會產生較大的噪聲，且在該推進機制作用下，輪船耗能更大，對船上乘客、駕駛者均會產生不良影響，不利于能源的長期使用[1]。在科學技術水平不斷提高的背景下，電磁學知識已經廣泛應用于科學技術領域，因而相關研究人員已經制作出了電磁船，電磁船在運行過程中主要借助了電磁推進動力系統，使船體在海水反作用力的推動下向前行駛。

結合電磁學的原理，我們對電磁船進行了初步理解與簡單分析，由于海水本身具有導電能力，此時為電磁船提供相應的電能支持，電流則會在海水中進行傳導，因此在電磁場發揮作用時，電磁推動系統之間會產生相應的電流。當海水中傳遞電流時，其就會受到磁場的推動，進而使得海水向船的后方噴出，促使船體在海水反向推動力的作用下向前行駛。基于對電磁船使用情況的詳細分析，發現該推進裝置與螺旋槳推進裝置相比，在使用過程中故障發生率更低、產生的噪聲更小，且該構造更為簡單，在船體中所占有的空間更小，更有效的實現了電能向動能的轉化。

2 電磁船模型的制作材料

在制作電磁船時主要使用以下幾類材料：（1）9伏電池1個。基于前文對電磁船的分析可以了解到，要想使電磁船能夠順利運行，則需要為其提供相應的電能，使其在電磁系統的作用下，有效轉化為動能，進而促使電磁船前進，因此為了給電磁船提供足夠的電能，在本次制作時就使用了9伏電池；（2）高強度磁鐵1個。由于在制作電磁船時會使用到磁場所產生的作用力，因而為了更有效的創造出磁場，避免低強度磁鐵在使用過程中出現磁場微弱，故在本次電磁船模型制作時使用到了一個高強度磁鐵；（3）帶鱷魚夾的導線兩根。要想使電流能夠有效傳遞，則必須為其提供相應的傳導路徑，因此在制作時就需要通過使用帶鱷魚夾的導線傳導電流；（4）兩片銅片。在制作過程中，銅片會發揮正負極的重要作用，使得高強度磁鐵在兩片銅片之間產生磁場；（5）電工膠帶、雙面膠、泡沫板，這些是制作電磁船船體的主要材料；（6）清水1杯、精鹽以及做飯用的五香面。該方面材料主要會應用于后期演示中，由于海水含鹽程度相對較高，使得其具有較強的導電性，但如果只使用到清水，則會降低實驗過程中水的導電性，嚴重影響實驗效果，為了更真實的模擬出海水環境，則必須使用到該部分材料。

3 電磁船模型的制作原理

要制作電磁船模型，必須先掌握電磁船制作的基本原理（原理圖如圖1）。在制作時，磁鐵主要放置在兩個銅片之間且略高于銅片，這種狀態下，磁鐵會為銅片呈現出向下的作用力，此時需要將作為電極的銅片放入前期制作好的海水中，當正負極之間有電流通過時，則會促使船體前進。通過該模型制作原理圖，我們可以發現，在該模型中磁場方向會與電流方向垂直，再根據我們已經學習過的左手定則，此時可以準確判斷出高強度磁鐵所產生的安培力，這也是海水所受到的力，在電流的作用下，該方向即為海水噴出的方向。

4 電磁船模型的制作步驟

在制作電磁船時，嚴格按照以下制作步驟進行：（1）準備制作材料。雖然在實際制作過程中，每一環節都十分重要，一旦出現連接錯誤的現象時，則會無法順利制作出電磁推動系統。為了保證制作能夠順利進行，首先就要準備好手工制作所需要的材料，為此按照前期列出的制作材料進行了全面的準備工作；（2）制作“海水”。由于水的導電性會直接影響到電磁船使用效果，因此為了保證電磁船制作的更加精致，這時應該使用前期準備的精鹽、清水以及做飯用的五香面，將其制成“海水”[2]；（3）為了使銅片與高強度磁鐵能夠絕緣，在做好前期準備工作的基礎上，使用電工膠布纏繞電磁鐵側面兩圈；（4）按照制作原理圖安裝銅片電極，此時同樣需要保證電極之間能夠處于絕緣狀態，當上述操作全部完成后，使用膠布做好固定工作。（5）此時需要制作船體。利用前期準備好的泡沫板，將其制成船體的形狀，并在船尾處切割出大小適當的小洞，使得前期制作出的電磁推動器可以塞入該小洞中；（6）最后一步為連接電路的操作。使用帶鱷魚夾的導線，將其一面連接在9伏電池上，另一面連接在正負極上，此時則真正完成了電磁船制作工作。

5 電磁船模型制作注意事項

雖然經過精心準備和不懈努力，電磁船模型制作效果較為理想，后期也可以順利行駛，但是為了使得大家能夠在參照本文的前提下，高質高效的制作出電磁船，下面就提出幾點在制作過程中需要注意的事項：一是保證制作所需材料的質量。由于在使用過程中，材料質量會影響到電磁船使用效果，為此，必須保證所選擇的材料能夠滿足電磁船制作需求；二是提高“海水”導電性。一方面，為了更真實的模擬出電磁船運行環境，我們就要保證電磁船可以處于類似海水的運行環境中，因此需要使用到相應材料。另一方面，電流流通效果取決于“海水”導電性，基于此，在制作過程中也需要使用到相應的精鹽材料；三是保證電磁船船體與電磁推動器之間的連接效果。如果在電磁船運行過程中，電磁推動器與船體發生脫離現象，則說明我們的制作還存在著不足，為此就需要使用到相應的膠體材料，做好二者粘結工作。

6 電磁船模型的演示與改進

為了檢驗我們的制作成果，在完成電磁船制作后，就需要及時演示電磁船運行狀態，并針對其中存在的不足，進行有效改進[3]。通過將制作完整的電磁船模型進行演示，發現其在運行一段時間后，運行速度明顯有所減緩，經仔細觀察船體運行環境并未發生變化，因此很快速意識到可能是電池對電磁船運行產生的影響。在分析探討原因并求證后，了解到電磁船運行速度與電池電壓有著密切的關系。基于此，及時更換了電磁船模型的電池，在使用功率更大的電池后，發現所制作出的電磁船模型運行時間得到了明顯的延長，與前期運行速度相比，也有了較為理想的提升[4]。

7 結語

總而言之，要想做出能夠正常使用的電磁船模型，我們在制作過程中就要總結鞏固所要使用到的知識，并在此基礎上明確制作原理、制作步驟以及制作過程中的注意事項，從而制作出能夠順利運行的電磁船。為了保證電磁船模型制作效果，在完成電磁船制作后，相關人員還要積極演示電磁船模型并針對其中不足之處進行改進。通過介紹上述電磁船模型的制作步驟、制作注意事項以及演示與改進內容，希望可以為大家動手制作更加完善的電磁船模型提供參考。

參考文獻

[1]湯仕平，陳黎平，張勇，萬海軍.基于電波暗室的艦船電磁兼容性模型預測[J].上海交通大學學報，2007，41（3）：501-504.

[2]湯仕平，陳黎平，萬海軍，張勇.電磁兼容性船模預測在電波暗室內的實現[J].中國造船，2006，47（2）：42-49.

[3]陳金剛，王強.JZ2-H和YZ-H系列船用起重三相異步電機電磁制動器解析[J].電機與控制應用，2012，39（5）：48-50.

[4]郭志忠.電磁吸盤技術在舊小型航標船上的應用[J].中國修船，2016，29（5）：8-9.endprint