梁振華

摘? ?要：微型直流電動機在生活中有較多的應用，特別是在一些電動玩具中都有直流電動機。利用這些小型直流電動機制作的教具貼近生活，可以演示關于電動機和發(fā)電機的實驗、非純電阻電路特點、電動機中的電磁感應等現(xiàn)象。

關鍵詞：電動機;電阻;電路

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）4-0052-3

1? ? 非純電阻電路演示裝置

1.1? ? 實驗原理

實驗電路圖如圖1所示，電路中的R為10 Ω的電位器，L1和L2是兩只相同的小燈泡，燈泡L1和電動機M串聯(lián)，燈泡L2和電位器R串聯(lián)，再將兩條支路并聯(lián)。當電源接通后，兩條支路的電壓相等，使電動機停止轉動時，此時電動機為純電阻，調節(jié)電位器R，使兩個小燈泡的亮度相同，即電動機的線圈電阻和電位器R的阻值相同;當電動機轉動時，電路為非純電阻電路，此時燈泡L2比燈泡L1亮，即經(jīng)過電位器的電流大于經(jīng)過電動機的電流。

1.2? ? 制作方法

采用玩具中常用的小型電動機，并在電動機上安裝了自制葉片，根據(jù)電動機的內(nèi)阻選用了最大阻值為10 Ω的電位器。用5 mm厚的亞克力板制作了“⊥”型展示板，將電路圖打印在不干膠貼紙上，并粘貼在展示板上。在展示板上對應位置打孔，將各器件安裝在展示板上，如圖2所示。

1.3? ? 實驗過程

（1）按住電動機轉軸，閉合開關K，此時電動機不轉動，調節(jié)電位器R，使燈泡L1、L2亮度相同。此時，電位器接入電路的電阻與電動機的內(nèi)阻相同，通過電位器和電動機的電流相同。

（2）松開電動機轉軸，使電動機正常工作，此時燈泡L1、L2亮度不同，燈泡L1變暗，燈泡L2亮度幾乎不變。此時，通過電位器和電動機的電流不相等，經(jīng)過電動機的電流不能用純電阻電路的歐姆定律來計算。

（3）在電動機支路上接入電流傳感器，電動機兩端接入電壓傳感器，進行進一步的定量探究。

通過本實驗可以讓學生對純電阻電路和非純電阻電路的區(qū)別有具體的認識和理解。

2? ? 電動機中的能量轉換

2.1? ? 電能轉化為機械能和熱能

利用此裝置能夠直觀地觀察到電動機在工作時，輸出機械能的同時還有熱量的產(chǎn)生。

2.1.1? ? 實驗原理

實驗電路圖如圖3甲所示，電路中的電動機接在3 V電源兩端，機械能以風扇的形式表現(xiàn)，在電動機表面安裝溫度測量探頭，用溫度計顯示電動機工作時溫度的變化。閉合開關后，電動機正常工作，風扇轉動、輸出機械能的同時，還會產(chǎn)生熱量，溫度計的示數(shù)會緩慢上升。

2.1.2? ? 制作方法

電動機使用了玩具中常用的小型電動機，并在電動機上安裝了風扇葉片。用5 mm厚的亞克力板制作的“⊥”型展示板，將電路圖打印在不干膠貼紙上，并粘貼在展示板上。在展示板上對應位置打孔，將各器件安裝在展示板上。

2.1.3? ? 實驗過程

閉合開關K，使電動機正常轉動，用紙片或紙條放置在電動機前方，顯示電動機對外輸出機械功，電動機工作一小段時間后，可觀察到溫度計示數(shù)緩慢上升。即電動機工作的過程中電能轉化為機械能和熱能。

2.2? ? 機械能轉化為電能——手搖發(fā)電

2.2.1? ? 實驗原理

電動機的工作原理是通電線圈在磁場中受到安培力作用下轉動，當線圈轉動時會產(chǎn)生感應電動勢，從而成為發(fā)電機。如圖3乙所示的電路，將小燈泡L接在電動機兩端，使電動機快速轉動時產(chǎn)生電流，可使小燈泡L發(fā)光。

2.2.2? ? 制作方法

將自動轉向玩具車上的電動機和變速齒輪箱整體拆卸，在輸出轉軸上裝上自制搖動手柄，變成手搖發(fā)電機，搖動手柄，可以使連接在電動機上的兩個小燈泡發(fā)光。

2.2.3? ? 實驗過程

將簡易手搖發(fā)電機接入電路，與小燈泡L構成閉合回路，搖動手柄使電動機快速轉動，可觀察到小燈泡發(fā)光，電動機轉動越快，小燈泡L亮度越亮。機械能轉化為電能。

3? ? 電動機中的電磁阻尼

3.1? ? 實驗原理

電動機的線圈在磁場中運動會產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象，當電路閉合時會有電流產(chǎn)生，產(chǎn)生的感應電流會阻礙線圈的轉動。

3.2? ? 制作方法

本實驗用電動機廢舊光驅中拆下的小電機，按照如圖4所示的電路將各器件安裝在亞克力板“⊥”型展示板上。分別在兩個電動機上安裝自制線軸和直徑約為10 cm、厚約為1 mm的鐵質轉盤（由切割片改裝）。將一條系有小重物的細線繞在線軸上。

3.3? ? 實驗過程

（1）實驗：電磁阻尼（如圖5）

①將開關K斷開，細線繞在線軸上，將小重物釋放，電動機在重物的帶動下快速轉動，小重物快速下降。

②將開關K閉合，細線重新繞在線軸上，釋放重物后，電動機在重物的帶動下轉動，對比開關K斷開時，電動機的轉動和重物的下落速度明顯變慢。

本實驗演示了當閉合回路發(fā)生電磁感應時，產(chǎn)生的感應電流會阻礙發(fā)生電磁感應的原因，即電動機轉動時產(chǎn)生的感應電流阻礙電動機的轉動。

（2）實驗：電磁剎車（下轉第55頁）

（上接第53頁）

①斷開K2，閉合K1，使電動機轉動，當電動機轉速穩(wěn)定之后，斷開K1，可觀察到電動機緩慢減速，大約需要60 s會停止。

②斷開K2，閉合K1，使電動機轉動，當電動機轉速穩(wěn)定之后，斷開K1的同時迅速閉合K2，可觀察到電動機的轉速迅速減小，大約需要30 s會停止。

本實驗演示了電磁阻尼實際應用的一種方式。

4? ? 后? ?記

本系列電動機實驗，利用實際生活中常使用的微型電動機，貼近生活實際，在實際使用過程中效果明顯，能極大地激發(fā)學生的興趣。

（欄目編輯? ? 王柏廬）

收稿日期：2018-12-14

作者簡介：梁振華（1981-），男，中學高級教師，主要從事高中物理教學和物理創(chuàng)新實驗的研究，曾獲全國自制教具能手稱號。