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在电磁感应学习中,学生对电磁阻尼、电磁驱动这类实际应用问题理解困难,而实验室演示这类现象的仪器比较少,且比较笨重,例如利用变压器演示阻尼摆运动,现象不明显,原理也不易解释,而自制的电磁阻尼、电磁驱动演示仪完全避开这些问题,可演示多种常见电磁阻尼、电磁驱动现象,且易取材、易制作、易携带、易操作。
制作过程及实验方法如下:
1 材料准备
强磁铁(两块)、PC管、铝管、铝片、木板、铝针(织衣针)、注射器
2 制作过程
2.1支架制作
(1)锯长30cm、宽14cm和长14cm、宽14cm的两块木板;将两块木板钉成“丁”字形支架。
(2)锯长14cm,宽6cm的木板作为“贴板”,将贴板固定在支架顶部两侧;在贴板中央位置钉一小钉,两侧贴板小钉位置对称。
(3)在支架顶面中央位置钻一个小孔(孔直径比铝针直径略大)。
(4)在距支架顶端12cm处锯一矩形凹槽,槽竖直方向宽度比铝针直径略大,水平方向长10cm。
(5)截取长3cm的PC管,沿中心轴线将管剪开,将管沿圆周方向拉开成矩形,用两个自攻钉将矩形的短边固定在支架侧面,固定后,利用PC管的自然弯曲作为“管夹”待用;用同样方法在支架另一侧面对称固定另一个“管夹”待用。(支架简图如附图1,附图2)
2.2组件制作
(1)铝摆制作
将铝片剪成如附图3所示,大小相同的两个实心摆和一个镂空摆,摆长16cm,摆面宽10cm、高5cm;在距摆顶端1cm处钻孔(孔直径比贴板上小钉的钉帽直径略大)。
(2)铝盘制作
将铝片剪成直径7cm的圆形,圆心处钻孔,孔直径应与注射器针头塑料帽直径相吻合;将塑料帽插入孔中,紧密扣牢。(如附图4)
(3)铝管制作
截取两段25cm长铝管,一段25cm长PC管;将一根铝管沿截面方向两侧对称锯出多条平行窄缝。(如附图5)
3 实验过程:
3.1电磁阻尼现象演示
(1)演示1:阻尼摆
步骤1:将两个实心铝摆挂在支架的小钉上,用铝针配合凹槽控制两摆从同一高度同时释放,将一块强磁铁置于一侧铝摆旁,另一侧铝摆旁不放磁铁。(如附图6)
现象:放置磁铁一侧铝摆先停止摆动。
步骤2:将一个实心铝摆和一个镂空铝摆挂在支架上,用铝针配合凹槽控制两摆从同一高度同时释放,将两块相同强磁铁分别置于两个铝摆旁对称位置。(如附图7)
现象:实心铝摆先停止摆动。
(2)演示2:阻尼管
步骤1:用管夹将铝管和PC管等高固定在支架两侧,让两块相同磁铁同时从两管口静止释放。(如附图8)
步骤2:用管夹将实心铝管和镂空铝管等高固定在支架两侧,让两块相同磁铁同时从两管口静止释放。(如附图9)
现象:铝管中磁铁比PC管中磁铁下落慢;实心管中磁铁比镂空管中磁铁下落慢。
(3)演示3:阻尼盘
步骤:将铝针插入支架上方小孔中,将铝针插入塑料帽中,旋转使铝盘自由转动,将强磁铁置于铝盘上
方。
现象:无磁铁时,铝盘很久停止转动;当磁铁靠近时,铝盘很快停止转动。(如附图10)
3.2电磁驱动现象演示
(1)演示1:驱动摆
步骤:将实心铝摆挂在支架上,铝摆静止,控制强磁铁在铝摆摆面附近左右摆动。
现象:铝摆随磁铁由静止开始摆动。
(2)演示2:驱动盘
步骤:将铝盘放在铝针上,铝盘静止,控制强磁铁在铝盘上方附近转动。
现象:铝盘随强磁铁由静止开始转动。