電磁鐵的三維磁力檢測(cè)儀

郭秋維

（福建省莆田市仙游縣度尾中心小學(xué)，福建莆田，351266）

1 教具的教學(xué)意義和價(jià)值

我國(guó)古代數(shù)學(xué)家祖沖之說(shuō)過(guò)：“親量圭尺，躬察儀漏；目盡毫厘，心窮籌策。”的確，精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教具，具引發(fā)學(xué)生思維、充分調(diào)動(dòng)內(nèi)因、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的作用，促使學(xué)生自主地開展探究活動(dòng)，產(chǎn)生科學(xué)問(wèn)題，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的完成。

電磁鐵的磁力大小檢測(cè)這部分內(nèi)容沒有現(xiàn)成的教具，學(xué)生當(dāng)常識(shí)學(xué)習(xí)，但缺乏科學(xué)技能、科學(xué)情感、科學(xué)思想、科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。如在教學(xué)中加入這直觀形象的教具出現(xiàn)并演示，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手制作，讓學(xué)生多感官感受體驗(yàn)，極易理解其中內(nèi)容，讓人記憶并保持持久，對(duì)于提高整節(jié)課的教學(xué)效果是很有幫助的。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案后，通過(guò)動(dòng)手操作，啟發(fā)思考，引起思維碰撞，孩子們的創(chuàng)新思維、發(fā)散思維就會(huì)得到充分的激活，為今后的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

2 教具裝置圖

教具的實(shí)物圖和原理圖分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 實(shí)物圖

圖2 連接電原理圖(系列作品1)

圖3 連接電原理圖(系列作品2)

3 儀器特點(diǎn)及用途

3.1 特點(diǎn)

本教具在小學(xué)科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)《電磁鐵的磁力（一）》和《電磁鐵的磁力（二）》教學(xué)中使用，讓電磁鐵的磁力大小與什么因素有關(guān)問(wèn)題形象化、具體化，學(xué)生一目了然，易于接受，印象深刻，使抽象思維化成為具體可視化內(nèi)容。

3.2 用途

本教具可在教學(xué)中直接演示和指導(dǎo)學(xué)生模仿制作使用。

（1）電磁鐵的磁力大小與線圈匝數(shù)多少有關(guān)嗎；

（2）電磁鐵的磁力大小與線圈粗細(xì)有關(guān)嗎；

（3）電磁鐵的磁力大小與電池節(jié)數(shù)多少有關(guān)嗎；

通過(guò)檢測(cè)，可以知道電磁鐵的磁力大小與上述三種情況均有關(guān)系，線圈匝數(shù)越多，線圈直徑越粗，電池節(jié)數(shù)越多，磁力也就越大。但只能在一定的范圍內(nèi)可行，如線圈匝數(shù)太多，內(nèi)阻增大，磁力也就小了。

4 制作材料

(1)電工類：不同線徑的圓銅芯漆包線，檢測(cè)匝數(shù)多少用皮徑ф0.83分別繞140匝，280匝，560匝；檢測(cè)導(dǎo)線粗細(xì)，均繞248匝，分別用0.21、0.59、1.20三種不同線徑。4付5號(hào)電池（配電池盒），總開關(guān)K只，轉(zhuǎn)換開關(guān)K1、K2兩只等。

(2)電子類：發(fā)光二極管（紅色1粒，綠色1粒），電子積木導(dǎo)線若干，子母扣及連接線若干，電流表1只，可變電阻1只。

(3)塑料類：長(zhǎng)方形塑料底板1塊，四個(gè)腳座組成框架，不同規(guī)格的塑料管若干（4分和6分，可裝配接口），6分三通塑料管3套（其中一通內(nèi)有螺紋），與帶內(nèi)絲的塑料管匹配，這樣能鎖緊固定。

(4)其余類：6節(jié)鐵芯，指南針6只，回形針若干枚，加工與測(cè)量線徑用的繞線機(jī)、外徑千分尺（微調(diào)螺旋器）。

5 制作方法

(1)取電子積木底板1塊，作為此儀器底板用。

(2)將6分三通水管固定在底板上，把4分管切成為6厘米長(zhǎng)的3段和7.2厘米的3段，都做成“Ⅰ”形，用膠水固定住，以便繞漆包線用。

(3)取3個(gè)長(zhǎng)管，在繞線機(jī)上分別繞上漆包線（皮徑ф0.83）140匝、280匝、560匝，再取3個(gè)短管，分別用皮徑0.21、0.59、1.20的漆包線均繞上248匝，并固定在6分管的兩邊，并排隔開位置，減少磁力相互影響。

(4)將8節(jié)電池置于電池盒內(nèi)，安裝2粒發(fā)光二極管（其中1粒紅色，1粒綠色），1只100Ω的電阻，以及另外幾條導(dǎo)線（包括電子積木導(dǎo)線）。

(5)安裝總開關(guān)K、轉(zhuǎn)換開關(guān)K1和轉(zhuǎn)換開關(guān)K2，連接妥背面線頭，并包扎。

(6)調(diào)試、測(cè)量、觀察和記錄。

(7)安裝底座支架(4只腳)，其中1只腳可以調(diào)整高低，使之平穩(wěn)不抖動(dòng)。

(8)測(cè)電流強(qiáng)弱時(shí)，需安裝電流表，接入1只可變電路。

6 使用方法

(1)電磁鐵的磁力大小與導(dǎo)線匝數(shù)多少的關(guān)系，同樣規(guī)格的漆包線繞上140匝，280匝，560匝三只。通過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，用4付電池接入電路，繞560匝的電磁鐵磁力最強(qiáng)，指南針偏轉(zhuǎn)角度最大；繞140匝的電磁鐵磁力最弱，指南針偏轉(zhuǎn)角度最小。由此得出，導(dǎo)線匝數(shù)繞得越多，磁力越大；反之，就越小（見圖4所示）。指南針可放在兩端，也可放在旁邊的不同位置，看磁力大小有什么變化。

圖4 指南針可以放在兩頭，也可放在線圈的邊緣

(2)電磁鐵的磁力大小與導(dǎo)線粗細(xì)的關(guān)系，用皮徑ф0.21、0.59、1.20三種規(guī)格的漆包線，三只均繞上248匝。通過(guò)檢測(cè)可知，皮徑ф1.20繞的漆包線柱磁力最強(qiáng)，吸力最大。皮徑ф0.21漆包線柱的磁力最弱，吸力最小。

(3)電磁鐵的磁力大小與串入電池節(jié)數(shù)多少的關(guān)系，變換轉(zhuǎn)換開關(guān)，安裝電流表，1付電池串入電路，電流指針現(xiàn)實(shí)小，紅燈微亮；2付電池串入電路，電流指針顯示較大，紅燈較亮；4付電池接入電路，電流指針顯示最大，紅燈最亮。如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 電流小，燈微紅

圖6 電流稍大，燈較紅

圖7 電流大，燈最紅

圖8 系列1、2檢測(cè)儀正面圖

圖9 系列1、2檢測(cè)儀側(cè)面圖

從而得出：接入電池節(jié)數(shù)越多，電流越大，磁力越強(qiáng)；反之就越小。也可以不看電流表，同樣看指南針的偏轉(zhuǎn)角度大小來(lái)確認(rèn)。

(4)此教具可平置著，還可掛在墻壁上立著，讓吸力強(qiáng)弱通過(guò)吸大頭針的數(shù)量顯示出來(lái)。

說(shuō)明：

(1)轉(zhuǎn)換開關(guān)K2，用子母扣固定一頭，另一頭可隨意接入其中的一柱，以免發(fā)生短路。如用兩個(gè)開關(guān)，會(huì)產(chǎn)生電池短路現(xiàn)象，損壞電池。

(2)用發(fā)光二極管指示電路是否有電流通過(guò)，既可作為指示燈，又可作為磁力強(qiáng)弱顯示，使燈的亮度發(fā)生變化，顯而易見。

(3)有兩個(gè)系列作品（見圖8、圖9系列作品2所示）。系列作品2使用方法：轉(zhuǎn)換開關(guān)1控制面上三個(gè)線圈柱或底部三個(gè)線圈柱，轉(zhuǎn)換開關(guān)K2控制接入電池的節(jié)數(shù)。要檢測(cè)上行線圈柱或下行線圈柱的磁力大小，由轉(zhuǎn)換開關(guān)K1控制。要檢測(cè)上行或下行線圈柱的單柱磁力或三柱相比較大小磁力，靠A、B、C、D四個(gè)接線柱的不同連接方法進(jìn)行。如都不連接，是檢測(cè)三柱的相比較磁力；連接BD，僅柱1線圈接通，檢測(cè)第1柱的磁力；連接AB、CD，僅柱2接通，檢測(cè)第二柱的磁力；連接AC，僅柱3接通。上行柱和下行柱分別相并聯(lián)。上行柱均繞248匝，柱1、柱2、柱3分別用皮徑ф0.21、ф0.59、ф1.20漆包線纏繞整齊（裸徑小一點(diǎn)）貼實(shí)。下行柱均用ф0.83園銅芯漆包線纏繞，柱1、柱2、柱3分別繞140匝、280匝和560匝。上行用指南針檢測(cè)磁力大小，下行用回形針（大頭針）作為被吸小物體，看看吸力大小。