劉劍鋒 董艷輝

(1.贛南師范學(xué)院化生學(xué)院,江西贛州 341000);2.廣西梧州市第二職業(yè)中學(xué),廣西梧州 543000)

電動(dòng)機(jī)原理簡(jiǎn)單,但在人們的感覺中總是有著復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),制作工藝復(fù)雜,對(duì)制作要求極高.本文向大家介紹的是一些極其簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī),這些電動(dòng)機(jī)都曾被稱為是最簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī),但誰(shuí)是真正最簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)或許并不重要,重要的是它們都蘊(yùn)含著人類智慧的結(jié)晶,是人類創(chuàng)造性思維寶庫(kù)中綻放的奇葩.相信學(xué)生在制作和探究這些構(gòu)思精巧,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)時(shí)也一定能感受到人類智慧火花的光茫,獲得一種美的體驗(yàn).

1 最簡(jiǎn)單的線圈電動(dòng)機(jī)

1.1 實(shí)驗(yàn)描述

把漆包線繞制成約1 cm×2 cm的矩形線圈,大約繞6～10圈即可.線的兩端各留約 5 cm,從矩形的短邊引出,然后用小刀刮去兩條引線的漆皮,其中一端全部刮去,另一端只刮去半圈,這樣電動(dòng)機(jī)的線圈就做好了.用鉗子把粗銅絲或曲別針弄彎,固定在泡沫塑料上,兩個(gè)支架分別與電池的兩極相接觸.把線圈放在支架上,找一個(gè)喇叭上的圓柱形磁鐵放在線圈下,用手撥動(dòng)一下小線圈,它就會(huì)連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)下去了.如果線圈不轉(zhuǎn)動(dòng),應(yīng)盡量拉直線圈的兩條引線以減小阻力,另外,應(yīng)讓磁鐵盡可能離線圈近些,以增大線圈所在處的磁場(chǎng).

圖1

這個(gè)電動(dòng)機(jī)讓人叫絕的是其中換向器的省略.如果沒有換向器,通以直流電的線圈在相鄰的兩個(gè)半周對(duì)稱位置受到的力矩總是反向的,那么線圈就不能連續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng).但這個(gè)電動(dòng)機(jī)用的方法是使線圈只是在半個(gè)周期里通電,另半周期里斷電.實(shí)現(xiàn)的方法是將線圈一端的引線上的絕緣漆全部刮掉,另一端只刮掉了半個(gè)側(cè)面.實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單得出奇,卻漂亮得令人叫絕.

1.2 追根溯源

這種電動(dòng)機(jī)最初出現(xiàn)在安忠、劉炳升主編的《中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究》(高等教育出版社1986年5月第1版第361頁(yè))上.羅星凱所著的《中學(xué)物理疑難實(shí)驗(yàn)專題研究》(廣西師范大學(xué)出版社1998年6月第1版第6～7頁(yè))一書中,對(duì)此裝置也有相關(guān)的介紹和討論.在人民教育出版社出版的初中物理課本第2冊(cè)中也要求學(xué)生課外制作一個(gè)這樣的小小電動(dòng)機(jī).

1.3 改進(jìn)型線圈電動(dòng)機(jī)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一種體積小、磁性強(qiáng)的磁性材料(釹鐵硼強(qiáng)磁鐵)在我國(guó)研制成功,并被迅速應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各領(lǐng)域,圖2中的圓柱形磁鐵就是這樣一種強(qiáng)磁鐵.由于有了強(qiáng)磁鐵,小小電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)就可以更加簡(jiǎn)化一些了,圖2所示電動(dòng)機(jī)與前一種電動(dòng)機(jī)沒有什么本質(zhì)的區(qū)別,只是在前一種電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上省去了底座,但結(jié)構(gòu)更為緊湊了.

圖2

這么緊湊的電動(dòng)機(jī)該是最簡(jiǎn)單的了吧,但真的如此嗎?請(qǐng)看下面一個(gè)電動(dòng)機(jī),下面這個(gè)電動(dòng)機(jī)可是連支架和線圈都不需要了.

2 最簡(jiǎn)單的單極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

2.1 實(shí)驗(yàn)描述

如圖3所示,在一顆螺絲釘?shù)尼斆鄙衔揭烩S鐵硼強(qiáng)磁鐵,再將螺絲釘釘尖吸附在一節(jié)5號(hào)電池的正極上,這樣就做好了一個(gè)電動(dòng)機(jī).使用時(shí)拿一根導(dǎo)線接在電池的負(fù)極上,用一只手壓緊導(dǎo)線,另一只手拿導(dǎo)線的另一端輕輕接觸磁鐵的邊緣,這時(shí)通電的磁鐵由于處在自身的強(qiáng)磁場(chǎng)中,受到磁場(chǎng)力的作用,從而帶著螺絲釘旋轉(zhuǎn)起來(lái).

圖3

2.2 追根溯源

這種電動(dòng)機(jī)從目前可查資料看,最早見于《′99國(guó)際物理教師學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集》中.在該文集第128～130頁(yè)刊登了日本東京Azabu中學(xué)教師Hiroshi Masuko的一篇論文,文中給出了這種電動(dòng)機(jī)的制作方法.

這個(gè)電動(dòng)機(jī)省去了支架和線圈,改由磁鐵自身和螺絲釘代替了線圈及轉(zhuǎn)子,結(jié)構(gòu)已經(jīng)簡(jiǎn)單到無(wú)以復(fù)加的地步,那么是否已經(jīng)不能再簡(jiǎn)化了呢?有沒有更好的簡(jiǎn)化方案呢?下面這個(gè)電動(dòng)機(jī)可是連一根多余的導(dǎo)線都沒有了.

3 最簡(jiǎn)單的鋁環(huán)電動(dòng)機(jī)——韓長(zhǎng)明馬達(dá)

3.1 實(shí)驗(yàn)描述

該電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造十分新穎、簡(jiǎn)單、巧妙,只需要從易拉罐上剪下寬約為10 mm的一個(gè)鋁圈,將其剪斷,把兩端重疊一段后用圖釘從環(huán)外扎透,圖釘?shù)募夥旁谖逄?hào)電池的正極上面,電池負(fù)極下面吸附一塊圓柱形的釹鐵硼強(qiáng)磁鐵(如圖4所示).當(dāng)鋁環(huán)的側(cè)邊與磁鐵的柱面相接觸時(shí),鋁環(huán)中有電流通過,在磁鐵的磁場(chǎng)作用下,鋁環(huán)受到安培力,這樣就以圖釘尖為軸心而不停地轉(zhuǎn)動(dòng),有趣極了.當(dāng)然,您也可以用銅絲來(lái)代替鋁環(huán),您可以根據(jù)自己的愛好彎制出不同的形狀.

圖4

3.2 追根溯源

此裝置由教育部廣西師范大學(xué)基礎(chǔ)教育課程研究中心韓長(zhǎng)明教授研制.2005年7月份日本學(xué)者坂田先生來(lái)到研究中心參觀后對(duì)此贊不絕口,并在日本愛智縣物理教師交流會(huì)上做了精彩介紹,后被日本朋友命名為“韓長(zhǎng)明馬達(dá)”.

1 人民教育出版社物理室及中國(guó)教育學(xué)會(huì)物理教學(xué)專業(yè)委員會(huì).九年義務(wù)教育三年制初級(jí)中學(xué)教科書《物理》第2冊(cè).北京:人民教育出版社,2001.

2 羅星凱.中學(xué)物理疑難實(shí)驗(yàn)專題研究.廣西:廣西師范大學(xué)出版社,1998.

3 羅星凱,趙凱華.′99國(guó)際物理教師學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.廣西:廣西師范大學(xué)出版社,2000.

4 http://se.cersp.com/tjzy/xhshow/JPZS/200608/166.html

5 http://se.cersp.com/tjzy/xhshow/JPZS/200610/323.html

6 http://se.cersp.com/tjzy/xhshow/JPZS/200611/429.html

7 http://hi.baidu.com/yicixin395/blog/item/29696d3ec9f60cfc838b131f.html(收稿日期:2009-07-23)