許浩 韓沁君 吳明霞

摘?要：通過吸盤式電磁鐵、無源蜂鳴器、發(fā)光二極管、PVC板等器材自制有線電報機，可以有效地輔助“電磁鐵”的課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分展現(xiàn)電磁鐵在生產(chǎn)生活中的實用性.

關(guān)鍵詞：電磁鐵;有線電報機;自制教具;創(chuàng)新實驗

文章編號：1008-4134（2020）02-0029?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：許浩（1993-），男，四川南充人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

韓沁君（1994-），女，四川蒼溪人，碩士，中學(xué)二級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

吳明霞（1995-），女，四川南充人，碩士研究生，研究方向：大學(xué)課程與教學(xué)研究.

1?制作背景

電磁鐵結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛，教學(xué)中常以分組實驗的形式進(jìn)行.以教育科學(xué)出版社物理教材為例，“電磁鐵”被編排在第七章第三節(jié)[1]，在內(nèi)容上承接“電流的磁場”.為了進(jìn)一步凸顯物理知識的實用性，教材在“家庭實驗室”部分提供了制作簡易收發(fā)報機的活動，并呈現(xiàn)了簡易模型.通過實驗發(fā)現(xiàn)，若僅按照該模型進(jìn)行制作，難以打出理想的摩斯密碼.查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，已有的有線電報機集成度過高，不利于課堂教學(xué)[2].為此，筆者對教材模型的電路設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化，改進(jìn)了接收裝置，使其能夠連續(xù)準(zhǔn)確地發(fā)出摩斯密碼，模擬電報機的實際運用.

2?儀器原理

有線電報機主要由杠桿裝置、打字裝置、混聯(lián)電路三部分組成（如圖1所示）.儀器右側(cè)由鋼鋸條和PVC小塊制成的發(fā)報裝置，類似于一個常開型雙擲開關(guān)，該開關(guān)控制著兩條支路的通斷（如圖2所示）.當(dāng)開關(guān)閉合時，電磁鐵電路導(dǎo)通，吸引下方的鐵片，鐵片上升，進(jìn)而帶動杠桿另一端的馬克筆下降.由于馬克筆下方鋪有紙帶，當(dāng)紙帶在小馬達(dá)的帶動下移動時，筆尖便可在紙帶上留下墨跡（如圖3所示）.斷開開關(guān)后，電磁鐵失去磁性，鐵片在重力的作用下帶動杠桿恢復(fù)原狀，馬克筆脫離紙帶.

通過雙擲開關(guān)同時控制的還有另一條支路，由發(fā)光二極管、蜂鳴器以及小馬達(dá)串聯(lián)組成（如圖2所示）.在開關(guān)閉合后，二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)聲，這便能模擬出電報機發(fā)報時的聲光效果.兩條支路同時導(dǎo)通，各個電路元件同時工作，實現(xiàn)了在打出摩斯密碼的同時，還伴隨著聲光效果，可以很好地模擬電報機真實的收發(fā)報過程.

3?設(shè)計優(yōu)勢

3.1?結(jié)構(gòu)設(shè)計

將發(fā)射裝置和接收裝置合二為一，且固定發(fā)射裝置的位置，使其簡單易用，穩(wěn)定性高.由于接收裝置涉及到的電路元件較多，布線較復(fù)雜.筆者利用PVC板制作矩形箱體，既可隱藏電線提高美觀度，又能作為杠桿裝置的支撐結(jié)構(gòu).為了保證良好的可視性，以合頁將箱體蓋板設(shè)計成能自由開合的形式.除此，筆者還綜合考慮電磁鐵的安裝位置、電磁鐵的磁性強弱、電磁鐵與鐵片的距離、鐵片與馬克筆構(gòu)成的杠桿裝置的力矩等問題，確保每次實驗都能成功打出摩斯密碼.

3.2?電路設(shè)計

為了實現(xiàn)打出摩斯密碼的同時發(fā)出聲光信號，更真實地模擬出收發(fā)報過程.在設(shè)計電路時，筆者采用雙擲開關(guān)同時控制兩條支路的通斷.經(jīng)反復(fù)測試，9V的電壓下電磁鐵的磁性仍能滿足需求，因此只需要6節(jié)1.5V干電池串聯(lián)便可作為整個電路的電源，實驗成本低廉也方便更換電池.根據(jù)器材的產(chǎn)品說明，蜂鳴器、發(fā)光二極管和小馬達(dá)所需的工作電壓均小于9V，且小馬達(dá)的轉(zhuǎn)速會隨電壓的降低而減慢，正好符合馬達(dá)低速轉(zhuǎn)動，帶動紙帶緩慢移動的設(shè)計要求.所以，可將這三個元件串聯(lián)在同一條支路，電磁鐵單獨一條支路，確保所有元件的實際電壓都在各自規(guī)定的電壓范圍內(nèi).

4?制作方法

4.1?發(fā)射裝置

發(fā)射裝置是一個簡單的常開型控制開關(guān).截取兩段長約7cm帶孔的廢舊鋼鋸條，用砂紙將涂層或銹跡打磨干凈，用羊角錘將帶孔一端約1cm長度的鋸條錘成30°角斜度.

用鋼鋸鋸一塊長寬約為5cm×1.5cm的PVC小板，打磨光滑，使用熱熔膠將其粘在鋸條凹面長邊上.截取一塊60cm×20cm的PVC板作為整個電報機的底板，將粘好PVC小板的鋸條用螺絲固定在底板的右側(cè).鋸條前端下方也需擰兩顆螺絲作為接線柱，當(dāng)鋸條按下時能與下方螺絲冒接觸良好（如圖4所示）.

4.2?接收裝置

接收裝置最核心的結(jié)構(gòu)是電磁鐵和杠桿裝置.為了方便安裝，可以按照如下步驟先制作這一部分所需的各個零件，再進(jìn)行組裝與調(diào)試.

4.2.1?箱體的制作與安裝

準(zhǔn)備四塊PVC板，長寬厚分別為：左板19cm×20cm×1cm，右板19cm×20cm×1cm，前板22cm×20cm×1cm，蓋板22cm×19cm×1cm.取左板，在板的中下區(qū)域用鉆孔機鉆兩個直徑分別為1cm和0.5cm的小孔，安裝蜂鳴器和發(fā)光二極管.取右板，在板的中下區(qū)域距下邊約6cm處鉆一個直徑為3cm的圓孔.將四塊板按預(yù)先的設(shè)計拼裝成矩形箱體，并用螺絲固定.為了方便展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，蓋板與前板采用合頁連接（如圖5所示）.

4.2.2?杠桿結(jié)構(gòu)的制作與安裝

將長寬約為15cm×5cm的鐵皮（可以使用廢舊的八寶粥罐），用羊角錘錘成圓筒狀，套在長約17cm直徑為1cm的PVC管的一端.在PVC管的另一端用美工刀進(jìn)行適當(dāng)切削，套上螺紋夾，固定馬克筆（如圖6所示）.根據(jù)杠桿的平衡條件，選取合適的位置用鉆孔機鉆一個直徑為2mm的小孔并在小孔中插一根去頭的鋼釘作為支點.再將杠桿結(jié)構(gòu)穿過箱體右側(cè)的圓孔，把鋼釘固定在圓孔內(nèi).杠桿結(jié)構(gòu)安裝效果如圖7序號③④⑥⑦所示.

4.2.3?電路連接

按照設(shè)計的電路圖將電磁鐵、蜂鳴器、發(fā)光二極管、小馬達(dá)等元件接入電路.將蜂鳴器和發(fā)光二極管嵌入左側(cè)板上的小孔中，并用熱熔膠固定. 接通電路，多次測試電磁鐵與鐵片的距離，確保每一次通電都能夠成功吸起鐵片，并帶動杠桿裝置另一側(cè)的馬克筆能在紙帶上留下清晰的墨跡，最終固定電磁鐵的位置.固定電磁鐵的方式不唯一，較簡單的是用一塊合適的PVC塊做支撐，用熱熔膠固定（如圖9所示）.

4.2.4?安裝紙帶和小馬達(dá)

紙帶和小馬達(dá)分別安裝在馬克筆的兩邊（如圖8序號③⑥所示）.為了增加摩擦力，將小玩具車輪胎固定在馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸上，反復(fù)調(diào)節(jié)小馬達(dá)與底板之間的距離，直到每次小馬達(dá)都能準(zhǔn)確控制紙帶的移動速度為止（如圖10所示）.

至此，接收裝置的制作基本完成，其中電磁鐵、杠桿裝置和小馬達(dá)部分需要多次試驗、多次調(diào)節(jié)，以保證其穩(wěn)定性.

5?結(jié)束語

自制有線電報機能模擬電報機的工作原理，展示真實的收、發(fā)報過程，具有很強的趣味性.它既可用于多個課題的常規(guī)教學(xué)，也可作為創(chuàng)新實驗教學(xué)內(nèi)容.在學(xué)習(xí)電磁鐵時，可以通過演示發(fā)報過程來引入課題，也可由此來講解電磁鐵的工作特點.在學(xué)習(xí)串并聯(lián)電路時，還可以讓學(xué)生探究電報機內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生的電路設(shè)計能力.

教材是教育理念的承載體，是教育目標(biāo)的連接體，是最重要的教學(xué)資源，對教材的認(rèn)識不能僅停留在知識內(nèi)容層面[3].教材上的每一句話、每一幅圖都是編寫者的精心設(shè)計.自制有線電報機的靈感來源于教材，是對教材實驗的進(jìn)一步優(yōu)化.如何將自制有線發(fā)報機應(yīng)用于課堂教學(xué)，使其發(fā)揮最大化的教學(xué)功能，則還需回歸教材，針對教學(xué)重難點，設(shè)計有效的教學(xué)活動.

參考文獻(xiàn)：

[1]吳祖仁.義務(wù)教育教科書物理（九年級上冊）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2013：118.

[2]倪祥軍.簡易有線電報機[J].教學(xué)儀器與實驗，2005（X2）：35.

[3]張廷凱.走向新的教材觀[J].人民教育，2002（04）：46-48.

（收稿日期：2019-09-12）