“磁電演示實驗”新技術方案

摘要：運用新型的磁性材料器件——大平面型磁塊，設計并制成磁電實驗新型實驗，效果很好。

關鍵詞：大平面型磁塊；磁電實驗；新技術

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2007)12(S)-0054-2

近幾十年來，中學物理教學中有關磁電系列演示實驗都采用條形磁鐵和蹄型磁鐵為核心部件來設計及演示，用以演繹和講解有關電磁學的科學知識。傳統(tǒng)的磁電系列演示實驗方式雖然沿用了幾十年，但缺點是明顯的：1、磁感強度B因磁鐵外型固定而難以改變；2、導線在磁場中的有效長度L不易調(diào)節(jié)；3、感應電流大小受導線移動速度的影響較難體現(xiàn)； 4、不利于用多媒體實物投影方式予以現(xiàn)場映播。

為了克服傳統(tǒng)實驗手段存在的缺點，筆者設計了磁電演示實驗新技術方案，以充分體現(xiàn)實驗教學過程中的探索性和科學性。

技術方案分為“硬件部分”和“演示方法”兩大部分，詳述如下：

1 硬件部分

（1）平面磁塊實驗組件。目前應用粉末冶金技術生產(chǎn)較大平面型磁塊已經(jīng)成為易事，這是實現(xiàn)本技術的物質(zhì)技術基礎。我們?yōu)閷嶒炗闷矫娲艍K特制一副帶小圓孔（在兩邊外框的合適位置各鉆8個大小合適的圓孔，這些小圓孔編號為a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1，a2、b2、c2、d2、e2、f2、g2、h2，）的支架式外框，用粘合劑固定于平面磁塊兩端。如圖1所示⑤、⑥。

（2）專用導軌。選粗細均勻的銅質(zhì)鍍鎳管材或棒材兩根，每根一端各制出一個接線柱。如圖1所示③。

（3）可移動導桿。為一根輕型銅質(zhì)鍍鎳管材，長度與平面磁塊寬度相等。如圖1所示④。

（4）磁感線顯示器。取與磁塊表面稍小的塑料薄片一塊，在其上打出幾排小孔，透過小孔用細線栓住有針孔的小段平直細鐵絲。如圖2所示。

（5）其它常規(guī)實驗附件：如電池組、開關、滑動變阻器、導線、微電流高靈敏檢流計等。

2 演示方法

（1）演示平面磁場的磁感線。先將平面磁塊實驗組件水平放置在實物投影儀映示板上，然后將磁感線顯示器平放于其上，則立即可見塑料板上栓住的細鐵絲一根一根的豎起來了，這組細鐵絲的指向即代表了該處磁感線的方向。

（2）演示安培力。先將平面磁塊實驗組件水平放置在投影儀映示板上，然后將一對專用導軌置于支架式外框一對小孔中，導軌由導線將需附件連接成圖4實驗電路，放上導桿，演示“按下電鍵的瞬間導桿迅速水平移動”過程，說明“通電導體在磁場中受到磁場力F的作用”。其方向可依左手定則判斷。

①演示F與電流強度I的關系。當調(diào)整滑動變阻器使I變大時，重復（2）實驗過程，我們觀察到：導桿移動速度變大，說明F與I成正比。

②演示F與導桿有效長度L的關系。改變導軌所在小孔的位置，即改變了導軌之間的間距，也就改變了導桿在磁場中的有效長度L，重復（2）實驗過程，我們觀察到：當L變大，導桿移動速度變大，說明F與L成正比。

③演示F與磁感強度B的關系。改變（2）實驗中導軌所在小孔位置，即當調(diào)換導軌在上面一排小孔時就減小了導桿所在空間的磁感強度B（離平面磁塊越遠，磁感強度B越小），重復（2）實驗過程，我們觀察到：當B變小，導桿移動速度也變小，說明F與B成正比。

綜合①②③可獲結(jié)論：F正比于B、I和L。并且實驗過程皆可在投影儀下清晰有序的一一展現(xiàn)。若想引入“左手定則”只需加入紙制箭頭符號即可。若改變磁極方向（將磁塊翻一個面）、或改變電流方向（+、-）對調(diào)均能引起力F方向改變——印證“左手定則”。

（3）演示“感應電流”。將平面磁塊實驗組件水平放置在實物投影儀映示板上，將一對導軌置于一對小孔中，導軌由導線將所需附件連接成圖5實驗電路，放上導桿，注視微電流檢流計指針，當導桿沿導軌迅速平移時檢流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。其方向可依右手定則。

i大小與哪些因素有關呢？

①演示感應電流i與導桿移動速度v的關系。改變（3）實驗中導桿移動速度，我們可觀察到：移動速度越快則指針偏轉(zhuǎn)角度越大，說明i與v成正比。

②演示感應電流i與導桿有效長度l的關系。改變（3）實驗中導軌所在小孔位置，即改變了導軌之間的間距，也就改變了導桿在磁場中的有效長度l，我們可觀察到：當l變長則指針偏轉(zhuǎn)角度越大，說明i與l成正比。

③演示感應電流i與磁感強度B的關系。改變（3）實驗中導軌所在小孔位置，即當調(diào)換導軌在上面一排小孔時就減小了導桿所在空間的磁感強度b（離平面磁塊越遠，磁感強度B越?。?，我們觀察到：當b變小則指針偏轉(zhuǎn)角度越小，說明i與b成正比。

綜合①②③可獲結(jié)論：i正比于B、I和v。并且實驗過程皆可在投影儀下清晰有序的一一展現(xiàn)。若想引入“右手定則”只需加入紙制箭頭符號即可。若改變磁極方向（將磁塊翻一個面）、或調(diào)換接線柱連接線（+、-）均能引起檢流計指針反向偏轉(zhuǎn)——驗證“右手定則”。

本項實驗技術的有益效果是：使原來傳統(tǒng)在蹄型磁鐵狹小磁極間的磁場變?yōu)榭梢暶娲?、水平展示良好的平面磁場，使欲探索研究的各物理量變化變成看得見、易比較的過程，還使多媒體實物投影的優(yōu)點得以發(fā)揮。

可見，本實用新技術較傳統(tǒng)演示實驗在技術手段上實現(xiàn)了一大飛躍，值得應用和推廣。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。`