自制低成本電磁阻尼演示器

山東省濟寧市實驗中學(272023) 王富民

1 問題的來源

在學習人教版普通高中物理教科書選擇性必修第二冊第2章第1節“楞次定律”和第3節“渦流、電磁阻尼和電磁驅動”時，筆者引導學生思考電磁阻尼和電磁驅動的作用力是否滿足牛頓第三定律，電磁阻尼和電磁驅動現象是否都能用楞次定律來解釋。在沒有現成的教學儀器的情況下，筆者利用自制的低成本電磁阻尼演示器演示電磁阻尼現象。

2 問題的解答

當導體與磁體相對運動時，感應電流會使導體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導體的運動，根據牛頓第三定律，作用力與反作用力是同一種性質的力，即感應電流的磁場與強磁鐵磁場之間的相互作用力——磁力；導體所受安培力的施力物體是磁體，磁體所受磁力的施力物體就是導體(因為導體有暫態的磁性，其磁性是由感生電流產生的)。固定的磁體能阻礙導體的運動，固定的導體同樣也能阻礙磁體的運動。

只要磁體與閉合電路之間有相對運動并引起閉合電路中的磁通量發生變化就一定有感應電流產生；感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，安培力的方向總是阻礙磁體與閉合電路中導體的相對運動。

理解了電磁阻尼也就不難理解電磁驅動，因為這兩種現象中的閉合電路中的導體都是受到了安培力的作用。電磁阻尼現象一般是磁體不動，固定的磁體阻礙導體的運動；電磁驅動現象一般是運動的磁場驅動受安培力的導體運動。電磁阻力和電磁驅動的作用力滿足牛頓第三定律，電磁阻尼和電磁驅動現象都能用楞次定律解釋。

3 低成本電磁阻尼演示器的制作

制作材料：長15 cm、寬10 cm、厚 1 cm的木板1塊，長32 cm、寬6 cm、厚 0.5 cm的木板1塊，2根長50 cm、內徑2.5 cm的鋁管，直徑2 cm、長3 cm的銅柱1個(廢鎖芯制作)，直徑2 cm、厚2 mm的釹鐵硼強磁鐵10粒吸合成1個強磁鐵(網購)。

制作：將2塊木板用木螺釘固定成L形，豎直鋁管下端懸離水平木板6 cm，將2根鋁管用熱熔膠固定在長木板上，制作完成的教具如圖1所示。

圖1 低成本電磁阻尼演示器

4 實驗現象及實驗意義

實驗現象：將銅柱、強磁鐵同時從2個豎直鋁管上端放下，會看到銅柱先落下，銅柱、強磁鐵下落時間差距非常明顯。此實驗給學生留下深刻的印象，能增強學生的感性認識，激發學生的學習興趣。

實驗的意義：①有利于學生理解人教版普通高中物理教科書選擇性必修第二冊第25頁的“思考與討論”；②有利于學生理解并解釋教材第28頁的“練習與應用”第5題；③有利于學生完成教材第29頁的“做一做”；④有利于學生完成教材第37頁的“練習與應用”，理解并解釋第1至5題。

學生完成了這個實驗，有利于理論聯系實際，獨立完成教材上的習題也就成了很快樂的事，而不再是學業負擔；教師可以將此教具作為一種學具，引導學生動手制作。