教具“人工心臟泵”的研制

(江蘇省射陽縣臨海初級中學，江蘇 鹽城 224351)

1 問題的提出

蘇科版初中物理九年級下冊第十六章“電磁轉換”第二節“WWW”第5題介紹了“人工心臟泵”的裝置，要求學生應用電流磁場的知識分析它的原理，教材上只給出了原理示意圖(如圖1)，學生理解比較困難，實驗室中沒有現成的裝置，為此筆者帶著學生一起設計、制作了教具。

圖1

2 材料及制作

2.1 制作材料

準備的材料有：木板、舊電腦固定硬盤鐵盒、透明塑料板、喇叭中永磁體和線圈、9伏電源、塑料夾板、飲料瓶、一次性針筒、單向閥、透明塑料管、水槽等。

2.2 原理圖及其部件

“人工心臟泵”原理如圖2所示，其中1為電源，2為開關，3、4為與電源兩極相連、位于覆銅板圓盤外圈上的碳刷，5、6為與線圈的兩端相連、位于覆銅板中心處的碳刷，7為位于覆銅板圓盤中心處的旋轉手柄，8為電磁鐵線圈,9為環形磁鐵，10為T形軟鐵，11為環形軟鐵，12為電磁鐵線圈的引線，13為行程限位塊，14為支架，15為電磁鐵與活塞之間的塑料連接桿，16為循環泵的活塞，17為循環泵的泵體，18為循環泵的出液管，19為輕質彈簧，20為循環泵單向閥的瓣膜，21為循環泵的進液管，22為水槽,23為循環泵的出液管固定件。

圖2

2.3 制作過程

(1) 電源開關安裝：選取9伏電源與手動旋轉覆銅板換向開關連接在一起，并安裝到舊電腦中固定硬盤的鐵盒上；

(2) 底座安裝：用自攻螺絲把舊電腦固定硬盤鐵盒安裝在木板上的一端；

(3) 電磁鐵安裝：拆下廢舊喇叭后面的永磁體和線圈，把線圈和飲料瓶用AB膠固定在一起，用導線把線圈與開關焊接在一起，再把飲料瓶蓋與針筒的活塞桿用AB膠連接在一起；

(4) 針筒與單向閥的安裝：把兩個單向閥聯通粘接在一起，中間開孔，然后在針筒的頭部打一個洞與兩個單向閥開孔處粘接成三通，兩個單向閥出口分別接上塑料管，再把針筒粘接在透明塑料板上，固定三通管。

(5) 總體安裝：把永磁體放在底座的舊電腦固定硬盤鐵盒的一端，然后根據線圈在永磁體內活動的行程來確定針筒固定的位置，把透明塑料板固定在木板上，再取下永磁體，把活塞桿放入針筒中，再裝上永磁體，調整好位置。

2.4 制作注意事項

(1) 電源的電壓不能過高，防止電流過大燒壞線圈；

(2) 永磁體附近要保持清潔，不能讓鐵屑進去；

(3) 音頻線圈靠近永磁體一側要裝一個限位擋塊，防止線圈由于慣性沖出永磁體磁隙范圍，在活塞與三通一側也要安裝一個限位彈簧，防止活塞由于慣性沖出去，使線圈離開永磁體過遠；

(4) 防止活塞運動時所受阻力過大，可以把活塞的橡膠頭削去一些。

3 展示過程及創新點

裝置安裝完成后(如圖3)，把兩個塑料管的出口放在水槽里，在水槽里加滿水，為了使現象明顯，可以在水里加一些紅墨水。接通電源，手動旋轉覆銅板上的換向開關，不斷改變線圈里的電流方向，從而改變活塞的受力方向，使得水槽里的水經塑料管(相當于靜脈)不斷地被吸入三通，再從另一塑料管(相當于動脈血管)壓出，如此循環往復。在課堂教學過程運用自制教具，使課堂教學變得生動有趣，教學效果良好。

圖3

本教具具有以下創新點：(1) 手動旋轉覆銅板上換向開關，形象直觀，便于學生觀察實現電流方向變換的方式。(2) 電磁動力輸出系統能輸出強勁有力的動力，由環形磁鐵、T型軟鐵、環形軟鐵構成的高磁通量的環形磁隙和環形線圈組成的電磁動力輸出系統便于拆裝，便于觀察。(3) 在循環泵系統中使用了兩個單向閥，以實現液體的單向流動。