一種新型電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀的研究及開發(fā)

李小明 劉江

摘 要：目前的中學(xué)物理教學(xué)領(lǐng)域，在磁場教學(xué)中，現(xiàn)有的奧斯特實(shí)驗(yàn)比較單一，而安培定則難以通過教具體現(xiàn)，很多老師嫌實(shí)驗(yàn)麻煩，因而單一的實(shí)驗(yàn)也很少做，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下。而電生磁是一個抽象性很強(qiáng)的知識點(diǎn)，為提高學(xué)生的核心素養(yǎng)及對電生磁由點(diǎn)到線、由線到面、由面到體的整體認(rèn)識，化復(fù)雜為簡潔、化抽象為直觀，加強(qiáng)學(xué)生在這方面的科學(xué)探究與整合教學(xué)。我們特發(fā)明了此電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀。

關(guān)鍵詞：整合教學(xué) 整體認(rèn)知 實(shí)驗(yàn)探究 透過現(xiàn)象看本質(zhì)

研究內(nèi)容：

我們研究開發(fā)的電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀，它從整體的角度解決這一難題，對比效果明顯，趣味性加強(qiáng)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率。通過實(shí)驗(yàn)把電生磁整合為一個整體。

本儀器所采用的技術(shù)方案是：電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀，包括絕緣的底座和對稱豎立在底座上的左支撐座和右支撐座，還包括設(shè)置在左支撐座和右支撐座上方的絕緣桁架，底座上位于左支撐座和右支撐座之間固定有螺旋線圈，螺旋線圈內(nèi)設(shè)置有一個小磁針，底座上對應(yīng)設(shè)置有位于螺旋線圈外的兩個小磁針，位于螺旋線圈內(nèi)、外兩個小磁針的連接線均與螺旋線圈的軸線等高，所述的絕緣桁架由兩個平行的桁條和位于桁條之間的水平直導(dǎo)線組成，位于上側(cè)的桁條上通過連桿懸掛有若干小磁針，位于下側(cè)的桁條上通過支桿支撐有若干小磁針，所述的水平直導(dǎo)線分別穿過左支撐座和右支撐座之后與螺旋線圈連接，所述的左支撐座和右支撐座之間還設(shè)置有絕緣桁梁，所述的絕緣桁梁上懸掛有兩個小磁針，設(shè)置在螺旋線圈軸線上方，所述的左支撐座和右支撐座頂部通過若干支桿支撐有兩排小磁針。

所述的電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀，其左支撐座和右支撐座均為六棱柱體，所述的小磁針均勻分布在左支撐座和右支撐座表面的六條邊線的中點(diǎn)上。進(jìn)一步，所述的左支撐座和右支撐座上的小磁針有兩層。所述的電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀，其導(dǎo)線通過粘接或插接的方式與支撐座緊固連接。所述的電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀，其底座為木頭、玻璃或透明塑料。

與現(xiàn)有技術(shù)的方式相比，本儀器具有以下至少一種優(yōu)點(diǎn)：

1.水平桁架由兩個平行的絕緣桁條和水平直導(dǎo)線組成，上側(cè)的桁條上通過連桿懸掛有若干小磁針，下側(cè)的桁條上通過支桿支撐有若干小磁針，直導(dǎo)線上下兩排磁針?biāo)椒胖茫瑢?dǎo)線上方磁針懸掛，導(dǎo)線下方磁針正立放置，通電前，上下每兩個磁針分別平行對稱。

2.左右兩邊反向電流形成的磁場方向相反，對比鮮明，效果明顯。

3.螺旋管內(nèi)外磁場整體展現(xiàn)，整體認(rèn)識，激發(fā)興趣。

4.電生磁是一個抽象性很強(qiáng)的知識點(diǎn)，為提高學(xué)生對磁場由點(diǎn)到線、由線到面、由面到體的整體感性認(rèn)識，必須要加強(qiáng)學(xué)生在這方面的探究實(shí)驗(yàn)。

5.一套儀器可獨(dú)立完成三個對比實(shí)驗(yàn)

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本儀器作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

現(xiàn)有的磁生電物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器中，奧斯特實(shí)驗(yàn)演示儀，僅有一個大磁針，起到了磁生電的演示效果，但不具有趣味性。本儀器將一個大磁針改為上下兩排小磁針，實(shí)驗(yàn)中兩排小磁針各自整體向反方向轉(zhuǎn)動，具有趣味性與震撼性，能給學(xué)生留下不可磨滅的整體印象，加深學(xué)生對電生磁轉(zhuǎn)換的記憶。

參照圖1所示，本儀器包括絕緣的底座1和對稱豎立在底座1上的左支撐座2和右支撐座3，還包括設(shè)置在左支撐座2和右支撐座3上方的絕緣桁架7，底座1上位于左支撐座2和右支撐座3之間固定有旋向相反的正極螺旋線圈4和負(fù)極螺旋線圈5，正極螺旋線圈4和負(fù)極螺旋線圈5內(nèi)均設(shè)置有一個小磁針9，底座1上對應(yīng)設(shè)置有位于正極螺旋線圈4和負(fù)極螺旋線圈5外的兩個小磁針9，位于螺旋線圈內(nèi)、外兩個小磁針9的連接線均與螺旋線圈的軸線平行，所述的絕緣桁架7由兩個平行的桁條和位于桁條之間的水平直導(dǎo)線組成，位于上側(cè)的桁條上通過連桿懸掛有若干小磁針9，位于下側(cè)的桁條上通過支桿支撐有若干小磁針9，所述的水平直導(dǎo)線分別穿過左支撐座2和右支撐座3之后與正極螺旋線圈4和負(fù)極螺旋線圈5連接，所述的左支撐座2和右支撐座3之間還設(shè)置有絕緣桁梁8，所述的絕緣桁梁8上懸掛有兩個小磁針9，分別設(shè)置在正極螺旋線圈4和負(fù)極螺旋線圈5上方，所述的左支撐座2和右支撐座3頂部通過若干支桿支撐有小磁針9。

參照圖1所示，作為本儀器的第二實(shí)施例，所述的左支撐座2和右支撐座3上的小磁針9有兩層，這樣直導(dǎo)線6通電，上下兩層的小磁針9都會相應(yīng)動作，以增加實(shí)驗(yàn)的直觀性。

本試驗(yàn)儀在位于底部的底座1上設(shè)計了兩個電流反向的螺線管，其內(nèi)部和外部分別放有若干小磁針9，可演示通電螺線管內(nèi)部的磁場方向。

因此本儀器實(shí)驗(yàn)儀器從整體的角度解決了電生磁的重難點(diǎn)，同時演示了安培定則和叉進(jìn)點(diǎn)出的電-磁轉(zhuǎn)換原理。

電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀的市場開發(fā)

1.新型電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀的理論研究（已完成）

2.電生磁綜合實(shí)驗(yàn)儀設(shè)計圖樣（已完成）

3.申報國家專利（已完成）

4.“九師科技專項(xiàng)”項(xiàng)目資金申請（8萬）（以完成）

5.工業(yè)設(shè)計。工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工制造圖，外觀設(shè)計圖，及實(shí)驗(yàn)和樣品制作等工作已與湖北工業(yè)大學(xué)已達(dá)成合作意向。資金落實(shí)即可實(shí)施（正在進(jìn)行）

6.進(jìn)一步爭取兵團(tuán)科技專項(xiàng)資金或援疆資金（120萬），批量生產(chǎn)600臺，在九師范圍內(nèi)進(jìn)行小學(xué)科學(xué)課、初、高中物理實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，形成課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的研究報告。此模式參考袁隆平院士研究雜交水稻的研發(fā)模式。國家出錢支持研究。研究成功后，再由國家出錢購買一定數(shù)量的種子在一定范圍內(nèi)免費(fèi)給農(nóng)場試種。試種成功后，再交由市場運(yùn)作經(jīng)營，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。（規(guī)劃中）

7.向國家教學(xué)儀器裝備中心提交該項(xiàng)目所有研究報告，力爭進(jìn)入國家中小學(xué)必備實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器采購目錄。（規(guī)劃中）

8.積極聯(lián)系品牌教學(xué)儀器生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)合作，努力把該產(chǎn)品推向市場，更好的為全國物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作服務(wù)，并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力創(chuàng)造財富，實(shí)現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收！（規(guī)劃中）