电磁阻尼演示器的改进

　　摘要：对于电磁阻尼的一个常用实验的不足，本文介绍了电磁阻尼演示器的改进与制作的一种新方案。
　　关键词：电磁阻尼；演示器；改进；制作；方案
　　中图分类号：G633.7　文献标识码：A　文章编号：1003－6148(2010)12(S)－0055－2
　　
　　人教版高中课程标准实验教科书《物理》(选修3－2)中讲述电磁阻尼时，在问题与练习中介绍了一个有趣的实验：在科技馆中常看到这样的表演，将一根长1m左右的空心铝管竖直放置(图1甲)，把一枚磁性很强、直径略小于铝管内径的小圆柱形永磁体从铝管上端放入管口。根据一般经验，小圆柱体自由下落1m左右的时间不会超过0.5s，但实验表明，小圆柱要更长的时间才从铝管下端落出。小圆柱在管内运动时，没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦，把小圆柱靠着铝管，也不见它们吸引。是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢?如果换用一条有裂缝的铝管(图1乙)，圆柱在其中下落就快得多了。这又是为什么呢?
　　这是教材新推出的一个实验，很具有表演性、趣味性。但作为教学仪器，它存在明显的不足，那就是可视性差。由于铝管是不透明的，虽然实验得出小圆柱过了许久才从铝管下端落出，但过程怎样呢?为了克服这个实验的不足，笔者改进制作了名为《电磁阻尼演示器》的自制教具，把磁铁的运动巧妙地外显出来，效果更佳。下面作一介绍。
　　
　　1　仪器的特点及原理
　　
　　(1)特点：本教具用钕铁硼强磁环套在铜管上沿铜管外壁竖直下落，这样环形磁铁的运动一目了然，克服了圆柱磁铁在铝管内运动的不可视的缺点。同时，为了便于比较，在铜管旁再竖立一相同粗细、相同长度的塑料管，用相同的磁环沿塑料管外壁同时下落。两者对比，效果相当明显，如图2。
　　(2)原理：钕铁硼磁环的磁场在磁环平面是辐向分布的，如图3。当它沿铜管下落时，铜管中的铜环组切割磁感线产生感应电流，感应电流受安培力朝下，磁环受反作用力朝上，阻碍磁环下落，稳定时电磁阻力与重力相平衡，磁环匀速下落。
　　
　　
　　
　　2　制作材料
　　
　　钕铁硼强磁环二个(ψ45mm，ψ23mm×3mm)，铁环一个(ψ45mm，ψ23mm×3mm)，铜管一根(外径22mm，长86cm)，塑图3原理图料管一根(外径22mm，长86cm)，海绵两块，底座木支架一个。
　　
　　3　制作方法
　　
　　(1)铜管、塑料管准备：将废旧空调器上的铜管(外径22mm)小心搓直(提防弄直时变形)，将ψ20mm的绝缘冷弯电工塑料管，再套上一根外径为22mm的塑料管，与铜管外径相同，略小于磁环内径(23mm)。
　　(2)组装：用木料做一底座，竖直钻两ψ22mm的孔，将铜管、塑料管底部套上海绵竖直插入孔中。
　　
　　4　使用方法
　　
　　(1)如图2，将两磁环分别从铜管、塑料管上端同时无初速释放，可明显看到：沿塑料管的磁环下落很快，且为加速；而沿铜管的磁环下落慢，且稳定下落时为匀速。两者对比，现象非常明显。
　　(2)将铁环沿铜管、磁环沿塑料管，分别从上端同时无初速释放，可看到下落情况相同，消除部分学生以为是摩擦影响磁环沿铜管下落。
　　
　　参考文献：
　　[1]人民教育出版社课程教材研究所编著，《物理》(选修3－2)，人民教育出版社，2006.12(