吳金香
(慶陽市第六中學,甘肅 慶陽)
電動機在我們生活中的應用非常廣泛,如洗衣機、吸油煙機、榨汁機刀片的旋轉、吹風機的風扇、電動牙刷、手機震動等都是利用電動機工作的,隨著技術的進步,電動機產品還會在很多方面給我們的生活帶來方便與樂趣。
電動機原理:當線圈通電后,根據安培定則,線圈兩邊分別受到大小相等、方向相反的安培力作用,于是線圈就會繞轉軸轉動。當線圈轉過中性面后,通過換向器,線圈中的電流會反過來,這樣就可以確保線圈繼續沿同方向轉動了(參看人教版高二物理選修2-1圖4.1-1)。我們生活用具上所使用的電動機,結構看上去比較復雜,其實我們也可以把電動機做得很簡單,下面是筆者利用日常用品自制的幾種簡易電動機,來幫助學生認識和理解電動機的工作原理,該儀器具有取材容易、制作簡單、效果明顯的優點。
實驗器材:一節5號高能電池、一個鐵釘、一塊圓形磁鐵、一根軟導線、一個曲別針。
裝置制作:磁鐵吸在鐵釘的尾端,然后把鐵釘的尖端吸在電池上,再把軟導線的一端接到電池的另一極,另一端輕輕與磁鐵觸碰,則由鐵釘與磁鐵組成的轉子就旋轉起來(圖一),磁鐵下端吸的曲別針,是為了方便觀察磁鐵轉動。
實驗器材:一節5號高能電池、兩塊圓形磁鐵、一個螺母、一根銅絲。
裝置制作:將磁鐵放在最下面,上面放一節5號高能電池,正極向下,電池負極上放一個螺母,將細銅絲完成圓圈,調整銅絲線圈的形狀,讓它的上端向內的“尖”限制在螺母內,則線圈旋轉起來,改變磁鐵和電池的方向,線圈的旋轉方向發生改變。

圖一

圖二

圖三
原理解釋:這兩種形式的電機原理是一樣的,以第二種為例進行解釋,圖四中磁鐵的磁場如圖實線所示,線圈中電流方向如虛線箭頭所示,線圈受到安培力,由左手定則可以判斷,左側受到安培力垂直紙面向外,右側受到安培力垂直紙面向里,因此線圈旋轉起來。
改變磁場方向或電流方向,線圈旋轉方向也會改變。
實驗器材:一節電池、一個圓形磁鐵、漆包線、兩個別針扣。
裝置制作:將兩個別針扣當作支架,線圈由一根將漆包線繞制而成,漆包線的兩端從線圈一組對邊的中間位置引出,作為線圈的轉軸,將線圈架在兩個支架上,把線圈左軸上下兩側的絕緣漆都刮掉,右軸下側的絕緣漆刮掉,然后把兩個支架分別接在電池的正負極,可看到線圈轉動起來(圖三)。
思考:為了使線圈連續轉動,還可以怎樣刮掉左右轉軸的漆包線?能不能將左右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉呢?
原理解釋:當左轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉,右轉軸下側的絕緣漆刮掉,通電后根據左手定則可知,如(圖五)下邊受到安培力方向垂直紙面向外,線圈開始轉動,在前半個周期轉動過程中,線圈中有電流,安培力做正功,后半個周期電路中沒有電流,安培力不做功,由于慣性線圈能夠連續。

圖四

圖五
注意事項:
如果電動機不工作:
1.使用新的高能電池。
2.用干凈軟布擦拭鐵釘和磁鐵,保證電路接通。
警告:嚴謹使用充電電池或其他電源;原理磁卡等電子設備。