“非金屬非磁性金屬分類器”演示教具的研發(fā)

刁錚人

摘要：筆者實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磁鐵作用于非金屬材料和非磁性金屬材料時(shí)雖然不能發(fā)生吸附現(xiàn)象，但是運(yùn)動(dòng)軌跡差異性明顯。文章重點(diǎn)介紹“非金屬非磁性金屬分類器”演示教具研發(fā)過程，并給出相應(yīng)的教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：磁性材料;非磁性材料;電磁阻尼;分離

一、課題來源

“創(chuàng)新”其重點(diǎn)是一個(gè)“新”字，要?jiǎng)?chuàng)新就必須改變舊思想，改變舊思想就是改變現(xiàn)有事物在自己心目中的既定形象。許多事物在人們心中的形象往往一成不變，正是這種既定的形象大大束縛了人們的創(chuàng)造性。筆者研究制作“非金屬非磁性金屬分類器”，用鮮活的事例引領(lǐng)學(xué)生樹立創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)創(chuàng)新熱情，體驗(yàn)創(chuàng)新過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、研究過程

創(chuàng)新需要打破思維定勢(shì)。在長(zhǎng)期的思維實(shí)踐中，每個(gè)人都形成了自己所慣用的、格式化的思考模型，當(dāng)面臨外界事物或現(xiàn)實(shí)問題的時(shí)候，我們能夠不假思索地把它們納入特定的思維框架，并沿著特定的思維路徑對(duì)它們進(jìn)行思考和處理。理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們：磁鐵是不能吸引塑料、玻璃等非金屬固體材料，也不能吸引銅、鋁等非磁性金屬材料。理論與實(shí)踐均得到論證的事實(shí)，無懈可擊。“知其然知其所以然”，這兩種“不能吸引”有無差別？如果有，體現(xiàn)在哪些方面呢？速度？軌跡？……

（一）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：觀察非金屬材料、非磁性金屬材料在強(qiáng)力磁鐵組上運(yùn)動(dòng)情況

（1）實(shí)驗(yàn)器材

強(qiáng)力磁鐵;數(shù)量：20塊;規(guī)格：5cm×0.5cm×0.5cm。

銅片、鋁片、塑料片、玻璃塊、橡膠片;數(shù)量：各20塊;規(guī)格：7mm×7mm×2mm。

斜面臺(tái);數(shù)量：一個(gè);規(guī)格：斜面尺寸50cm×30cm×2cm，斜面坡度60°。

秒表一個(gè)。

雙面膠、B4白紙若干。

（2）實(shí)驗(yàn)過程

取20塊強(qiáng)力磁鐵，長(zhǎng)對(duì)正寬對(duì)齊，磁極“N”極“S”極交叉，組成規(guī)格為l0cm×5cmx0.5cm磁鐵組。

固定磁鐵組l0cm×5cm的底面在斜面中央位置;磁極“N”極-“S”極方向垂直斜面下滑方向。將B4白紙貼在磁鐵組上。

取銅片、鋁片、塑料片、玻璃塊、橡膠片，從磁鐵組上邊緣沿斜面下滑方向釋放，觀察各片運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。

記錄銅片、鋁片、塑料片、玻璃塊、橡膠片通過磁鐵組的時(shí)間，繪制材料——時(shí)間圖。同時(shí)在B4紙上描點(diǎn)繪制運(yùn)行軌跡。

記錄10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

更換一個(gè)變量值：將磁鐵組底面10cm×5cm的長(zhǎng)方形調(diào)整成平行四邊形，內(nèi)角135°和45°，其他參數(shù)不變。

重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟，記錄10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

磁鐵板底面呈長(zhǎng)方形時(shí)：

速度：銅片、鋁片滑行速度比塑料片、玻璃塊、橡膠片慢。

軌跡：非金屬片和金屬片的滑行軌跡與沿斜面下滑方向一致，無明顯偏離。

磁鐵板底面呈平行四邊形時(shí)：

速度：與之前無明顯變化。

軌跡：與沿斜面下滑方向比對(duì)，非金屬片滑行軌跡無明顯偏離。金屬片從磁鐵組上邊緣一邊沿斜面方向下滑一邊向一側(cè)偏離，直至滑出磁鐵組面。偏離現(xiàn)象明顯。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

理論依據(jù)：物理中電磁阻尼現(xiàn)象概念：當(dāng)閉合導(dǎo)體與磁極發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者之間會(huì)產(chǎn)生電磁阻力，阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其阻力大小正比于磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等物理量。

（二）教具制作

混料槽：金屬、非金屬材料投放處。

傳送帶：金屬、非金屬與磁極發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

電機(jī)：提供傳送裝置的動(dòng)力。

滾軸：傳送電機(jī)動(dòng)力至傳送帶的裝置。

磁鐵組合：磁力線的來源。固定16塊規(guī)格5cmx0.5cmx0.5cm的強(qiáng)力磁鐵，磁疇“N”極“S”極交叉，長(zhǎng)對(duì)正寬對(duì)齊成長(zhǎng)方形，然后沿長(zhǎng)邊均勻推開成內(nèi)角135°和45°的平行四邊形磁鐵塊。

金屬導(dǎo)出口：金屬與磁鐵塊發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁力線，產(chǎn)生安培力，其分力將金屬塊“推”出，此處為導(dǎo)出位置。

金屬收集槽，非金屬收集槽：分別收集不同軌跡滑落的金屬、非金屬的裝置。

三、教學(xué)建議

創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂。創(chuàng)新是怎么發(fā)生的呢？筆者研發(fā)“非金屬非磁性金屬分類器”演示教具的過程就是創(chuàng)新的過程。教師在教學(xué)過程中擔(dān)任傳道、授業(yè)、解惑、示范者的角色，一步步引領(lǐng)學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生，探尋現(xiàn)象背后的本質(zhì)，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。此教具使用到中學(xué)物理電磁感應(yīng)章節(jié)幫助學(xué)生深刻理解知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)打開學(xué)以致用的大門。

參考文獻(xiàn)

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[3]沈志剛，麻樹林，連淇祥，邢玉山.廢PCB中的金屬與非金屬回收技術(shù)[J/OL].北京航空航天大學(xué)流體力學(xué)研究所.