§7.5 电磁部分教具制作

一、通电导体在磁场中受力

【实验原理】

磁场的基本特性是对放入其中的电流有力的作用。我们可以用实验来证明这种力的存在，并且找出判定这种力的方法(左手定则)。

图 7－33

在图 7－33 中，磁场由碲形磁铁提供，通电导体由香烟铝箔纸构成回路，整个装置十分简单。通电导体是由铝箔纸制成，导电好、重量轻，一旦两导轨上通电，在磁场力作用下，它会迅速向某一个方向滚动。

【制作方法】

材料：23cm×20cm 木板一块(厚 3cm)、风钩 4 个、香烟盒铝箔纸、木螺钉两个、导线、透明胶布等。

将铝箔纸裁成 8cm×20cm 三张，找一细玻璃棒衬垫，用铝箔纸卷成三根圆棍(箔面向外)，用胶水把纸口粘牢。

如图 7－33 所示，把 4 个风钩平行对称固定在底板上，将 2 根铝箔棍作为导轨穿入风钩孔中，在铝箔棍的一端中用透明胶布粘牢一根导线，引到接线柱上。

第三根铝箔棍横放在导轨上。

如果铝箔棍硬度不够，可以把铝泊纸卷在圆筷子上或细玻璃管上。

【实验方法】

碲形磁铁放在木板中央，通电导体(铝箔棍)平放在导轨上。
接通电源(2 节 1.5V)电池即可，通电导体在磁场中明显受力滚动。
调换接线柱上电源输入的正负极，各做一次，会看见通电导体向相反方向滚动。

根据实验现象，自己总结左手定则。

注意：电路接通瞬间，铝箔片会放电打火而脱箔，做(2～3)次后，把铝箔棍转动一下，使通电导体与导轨之间接触良好。另外，通电时间不宜太长。

(刘谦军、李化云提供)

二、电磁感应现象

【实验原理】

电能产生磁、磁也能产生电。

用一闭合导线在磁场中运动，使穿过闭合导线的磁通量发生变化，此时闭合导线中会有感生电流，我们可以用发光二极管把这种感生电流的效应显现出来。

如图 7－34 所示。

把两只不同颜色的发光二极管并联之后，接在闭合回路中。当闭合回路的线圈如图在磁场中垂直于纸面向里或向外运动时，A、B 两端产生感生电动势。若红灯亮，说明 A 点电位高于 B 点的电位；若绿灯亮，说明 A 点的电位低于 B 点的电位。这样很容易判定感生电流的方向。

【制作方法】

0.5mm 漆包线、红绿发光二极管各一只。

选一个 4cm×6cm 的长木块做绕漆包线的衬物，绕制一个内径为 4cm

×6cm 的矩形线圈，密绕(400～600)匝，绕完后退出木块。将两只红、绿发光二极管并联焊接在接头处(二极管极性相反)。焊接后将两只二极管分别固定在矩形线圈的两个对边上，以便于观察。

【实验方法】

1.用一个大号的蹄形磁铁 N 极在上，S 极在下放于桌面上，手持线圈套入 N 极中，突然拉出线圈，其中一只灯会亮(红灯亮，说明感生电流方向是 A→B→C→D→A；绿灯亮，说明感生电流方向是 A→D→C→B→A)。 2.又将线圈对准 N 极快速套进去，另一发光二极管将发光。这说明

两种情况下的感生电动势的方向相反。

3.把蹄形磁铁翻过来，S 极在上，N 极在下，重做步骤 1、2，再根据实验现象进行总结。

三、楞次定律实验

【实验原理】

我们常常用铝环来做楞次定律实验，实际上，随手找点材料，经加工后也能做。

如图 7－35 所示，当我们用条形磁铁迅速插入闭合金属环时(注意不要让磁铁碰到金属环)，可以看到金属环顺着磁铁动起来；把条形磁铁从金属环中迅速抽出来时，金属环也会顺着磁铁运动方向动起来。当我们把条形磁铁迅速插入开口金属环或从环中抽出时，开口金属环不动。

这是因为由于磁铁的插入，闭合金属环会产生感生电流。根据楞次定律，感生电流的磁场要阻碍金属环与磁铁的相对运动，磁铁的磁场随着磁铁运动。结果不是金属环制止磁铁运动，而是产生感生电流的金属环在磁场作用下运动，开口的金属环不会产生感生电流，所以它不会与磁铁的磁场发生相互作用而运动。

【制作方法】

材料：废易拉罐一个、硬纸薄板或塑料薄板 2.5×18cm² 长条一块、空酒瓶一个、小针一根、粘胶等。

从易拉罐上剪下 2.5cm 宽的圆环两只，分别粘牢在硬纸薄板的两端，其中一个圆环剪开口，将小针尖端向上，用橡皮泥固定在空酒瓶口上。找出硬纸薄板的重心，让针尖顶着该重心处使硬纸薄板平衡。

【实验方法】

参看实验原理部分。

注意：作为横梁的硬纸板越硬越好，不能用针尖在纸板上钻个小孔，把针尖顶在小孔上，这样会影响该实验装置的灵敏度。另外，条形磁铁磁性不能太弱，磁力大为减弱的磁铁应充磁。

四、旋转的磁场产生感生电流

【实验原理】

如图 7－36 所示，当悬挂的蹄形磁铁绕悬线轴旋转时，两极间的磁场方向也在旋转，在蹄形磁铁两蹄之间就存在着旋转的磁场。如果在两蹄之间放入一个筒状金属框，由于金属框处于旋转磁场内，金属框中的磁场发生变化，金属框上将产生感生电流。反过来，旋转的磁场又对感生电流发生作用。金属框也在磁场作用下旋转起来。

如果在金属框上开许多小口，使金属框不能在旋转磁场内产生感生电流，也就不存在磁场对电流的作用，开口的金属框不会旋转起来。

图 7-36 图 7-37

【制作方法】

材料：废日光灯起辉器铝皮外壳两只、蹄形磁铁一块、粗铜丝一根、橡皮塞一个、10cm×10cm 木板一块、高 30cm 木头支柱一根、细线、羊眼一个、铁钉若干。

把两只废起辉器铝外壳面心由内向外各铳一个小凹坑。如图 7－37 所示。把其中一个沿竖直方向剪开许多条状口子，从最下边一直剪到上端平面。

剪一根 8cm 长的粗铜丝，一端磨尖，一端插入橡皮塞内。尖端顶在铝壳凹坑中，做成铝壳旋转支架。

把木板钉成图 7－36 所示支架，上面固定一个羊眼，羊眼里系上细线，细线下端悬挂蹄形磁铁。注意细线一定要栓正，以防磁铁旋转时向两边摇摆。

【实验方法】

把蹄形磁铁向一个方向旋转，扭紧细线后，使磁铁竖直吊着，用手托住磁铁使其不旋转。
未开口的铝壳放在铜针上。慢慢移入蹄形磁铁的两蹄之间。
松开磁铁，磁铁在细线张力下绕竖直轴旋转，稍过一会儿，未开口的铝壳也会慢慢沿磁铁旋转方向旋转起来，并且越来越快。当磁铁在细线张力下沿相反方向转动时，铝壳也会沿相反方向旋转。
如果把未开口的铝壳取下，换上开了口的磁铁，无论磁铁向哪个方向旋转，开了口的铝壳都不会旋转。

可在未开口的铝壳上贴一些彩纸，使壳的旋转显而易见。

五、电磁波的发射与接收

【实验原理】

1888 年，德国青年科学家赫兹(Hezi)在实验室里，用两条光滑的铜杆，各自系在两片锌板上，同时又把铜球杆接触感应线圈的两端。当锌片通电时，两个铜球自然接近起来，并且冒出了微弱的小火花。这就是有关电磁波发射与接收的实验。

如图 7－38 所示，把两个粗铁丝一端各装一个球形导体，构成火花间隙，并用感应圈供电，组成开放振荡电路，用来发射电磁波。铁丝相当于发射天线。它的工作过程是，当感应圈工作时，两球形电极间电压很大，因而击穿空气发生火花放电。每跳过一次火花，两条线形导体就往复充、放电许多次，电路就形成一周期极小、频率很高的阻尼振荡，并向周围发射出电磁波。由于振荡器的固有频率比感应圈所发出脉冲电

压的频率高得多，在相邻两脉冲之间振荡就衰减掉，因此振荡器振荡是被感应圈激起的阻尼振荡。如果火花连续地跳过，那么就会不断地产生阻尼电磁振荡。

接收电路，也是用粗铁丝做接收天线，它的长度与发射天线的长度相同。由于接收电磁振荡感应的电压很高但功率不大，故采用高电阻而电流小就能发光的氖泡来显示所接收电磁波的能量。

【制作方法】

材料：四根长 1m 的粗铁丝、两个小金属球、两小块泡沫塑料、一个废日光灯起辉器氖泡、导线两根。

先将两金属小球焊接在丙根粗铁丝两端，然后插入感应圈上的两极的孔中，两球相距约 1cm 时固定。把起辉器外壳去掉，用剪刀剪去起动线圈或起动电容，仅留下氖泡。

剩下两根铁丝各穿入一根泡沫中心，将两铁丝端用导线与氖泡相接。

【实验步骤】

给感应圈接上电源，打开开关，调节升压旋钮，使两球间刚好产生火花放电。
两手持接收天线上的泡沫塑料，使振荡器与接收器的天线平行，当二者相距 2m 左右时，可以观察到氖泡发光。说明接收器已接收到发射的电磁波能量。
逐渐远移接收器，氖泡发光越来越暗；逐渐近移接收器，氖泡发光越来越亮。这说明接收电磁波的能量与发射点和接收点之间的距离有关。
转动接收器改变接收天线的方向，使得接收天线不再平行于发射天线，氖泡的发光强度也明显减弱；当接收天线与发射天线垂直时，氖泡熄灭。不转动接收器，改变发射天线的方向，也可以看到同样现象。这说明了接收电磁波的方向性。

(胡耀合提供)