電磁阻尼演示器的改進

　　摘要：對于電磁阻尼的一個常用實驗的不足，本文介紹了電磁阻尼演示器的改進與制作的一種新方案。
　　關鍵詞：電磁阻尼；演示器；改進；制作；方案
　　中圖分類號：G633.7　文獻標識碼：A　文章編號：1003－6148(2010)12(S)－0055－2
　　
　　人教版高中課程標準實驗教科書《物理》(選修3－2)中講述電磁阻尼時，在問題與練習中介紹了一個有趣的實驗：在科技館中常看到這樣的表演，將一根長1m左右的空心鋁管豎直放置(圖1甲)，把一枚磁性很強、直徑略小于鋁管內(nèi)徑的小圓柱形永磁體從鋁管上端放入管口。根據(jù)一般經(jīng)驗，小圓柱體自由下落1m左右的時間不會超過0.5s，但實驗表明，小圓柱要更長的時間才從鋁管下端落出。小圓柱在管內(nèi)運動時，沒有感覺到它跟鋁管內(nèi)壁發(fā)生摩擦，把小圓柱靠著鋁管，也不見它們吸引。是什么原因使小圓柱在鋁管中緩慢下落呢?如果換用一條有裂縫的鋁管(圖1乙)，圓柱在其中下落就快得多了。這又是為什么呢?
　　這是教材新推出的一個實驗，很具有表演性、趣味性。但作為教學儀器，它存在明顯的不足，那就是可視性差。由于鋁管是不透明的，雖然實驗得出小圓柱過了許久才從鋁管下端落出，但過程怎樣呢?為了克服這個實驗的不足，筆者改進制作了名為《電磁阻尼演示器》的自制教具，把磁鐵的運動巧妙地外顯出來，效果更佳。下面作一介紹。
　　
　　1　儀器的特點及原理
　　
　　(1)特點：本教具用釹鐵硼強磁環(huán)套在銅管上沿銅管外壁豎直下落，這樣環(huán)形磁鐵的運動一目了然，克服了圓柱磁鐵在鋁管內(nèi)運動的不可視的缺點。同時，為了便于比較，在銅管旁再豎立一相同粗細、相同長度的塑料管，用相同的磁環(huán)沿塑料管外壁同時下落。兩者對比，效果相當明顯，如圖2。
　　(2)原理：釹鐵硼磁環(huán)的磁場在磁環(huán)平面是輻向分布的，如圖3。當它沿銅管下落時，銅管中的銅環(huán)組切割磁感線產(chǎn)生感應電流，感應電流受安培力朝下，磁環(huán)受反作用力朝上，阻礙磁環(huán)下落，穩(wěn)定時電磁阻力與重力相平衡，磁環(huán)勻速下落。
　　
　　
　　
　　2　制作材料
　　
　　釹鐵硼強磁環(huán)二個(ψ45mm，ψ23mm×3mm)，鐵環(huán)一個(ψ45mm，ψ23mm×3mm)，銅管一根(外徑22mm，長86cm)，塑圖3原理圖料管一根(外徑22mm，長86cm)，海綿兩塊，底座木支架一個。
　　
　　3　制作方法
　　
　　(1)銅管、塑料管準備：將廢舊空調(diào)器上的銅管(外徑22mm)小心搓直(提防弄直時變形)，將ψ20mm的絕緣冷彎電工塑料管，再套上一根外徑為22mm的塑料管，與銅管外徑相同，略小于磁環(huán)內(nèi)徑(23mm)。
　　(2)組裝：用木料做一底座，豎直鉆兩ψ22mm的孔，將銅管、塑料管底部套上海綿豎直插入孔中。
　　
　　4　使用方法
　　
　　(1)如圖2，將兩磁環(huán)分別從銅管、塑料管上端同時無初速釋放，可明顯看到：沿塑料管的磁環(huán)下落很快，且為加速；而沿銅管的磁環(huán)下落慢，且穩(wěn)定下落時為勻速。兩者對比，現(xiàn)象非常明顯。
　　(2)將鐵環(huán)沿銅管、磁環(huán)沿塑料管，分別從上端同時無初速釋放，可看到下落情況相同，消除部分學生以為是摩擦影響磁環(huán)沿銅管下落。
　　
　　參考文獻：
　　[1]人民教育出版社課程教材研究所編著，《物理》(選修3－2)，人民教育出版社，2006.12(