“电磁感应笔”的制作*

皮子扬

(江西省樟树中学 江西 宜春 331200)

熊小兰

(江西省樟树第三中学 江西 宜春 331200)

电磁感应现象的发现是电磁学发展史上又一个重要成就，它进一步揭示了自然界电现象和磁现象之间的联系，促进了电磁理论的发展，为麦克斯韦电磁场理论的建立奠定了坚实的基础，使现代工业、电工和电子技术得以建立和发展，对人类社会的发展有着划时代的贡献.

这一划时代发现的标志是法拉第线圈.“把两个线圈绕在同一个铁环上，一个线圈接到电源上，另一个线圈接入‘电流表’，在给一个线圈通电或断电的瞬间，另一个线圈中也出现了电流.法拉第寻找10年之久的‘磁生电’效应终于被发现”[1].图1为法拉第用过的线圈.

图1 法拉第用过的线圈

人教版《物理·选修3-2》“电磁感应”开篇“划时代的发现”一节的教学，教材提供了丰富、生动的历史资料，旨在激发学生的兴趣，引起学生的思考.以往“法拉第线圈”的教学，我们都是引导学生阅读课本、观察图片，介绍法拉第这一划时代的伟大发现.学生是这一知识点的被动接受者.图片观察一看而过，缺乏对法拉第线圈的深刻认识和理解.为把学生带到科学史的具体事件之中，经历科学探究，体会过程和方法，我们以法拉第线圈为模型，用身边日常电器中的废旧元件，引导学生模拟制作法拉第线圈来探寻法拉第的科学足迹，探究电磁感应现象的规律，这样既提高了学生动手制作的能力，又培养了学生的实验素养和分析问题解决问题的能力，收到了很好的效果[2].图2为模拟制作的法拉第线圈.

图2 模拟制作的法拉第线圈

模拟制作法拉第线圈的活动开展之后，制成的教具应用于教学之中，每一次的实验操作活动，学生们“悟物穷理”，都惊叹大科学家法拉第非常深刻的物理思想、非凡的创造性和想象力.对做成的教具又萌生了许多奇思妙想，因而有了一系列可能的方案和实验的改进.每一次实验改进都使学生们体会到科学家时代实验的艰辛和现代科学之下新材料、新器件给实验改进和制作带来的便捷.下面介绍“模拟制作法拉第线圈”之后，构思制作的“电磁感应笔”，供同行们参考.

1 “电磁感应笔”的构思

由图2自制的法拉第线圈可以看到，一组连接电源的线圈只有几匝，到底绕多少匝能够使另一组线圈中的LED发光最亮，是学生们非常关注的一个焦点；连接电源的这一组线圈少到多少匝时还能点亮LED，是学生们关注的另一个焦点；问题和设想多多…….在探究连接电源的这一组线圈少到多少匝时还能点亮LED的实验中，学生们发现：即使单根导线穿过线圈与电源触碰，LED也能被点亮，这一现象使学生们十分惊奇，无异于哥伦布发现了新大陆一般！“电磁感应笔”的构思和制作由此开始.

2 元件选用

废旧照明吸顶灯中的LED(亮度更高),废旧电源中的扼流圈(取其上的铁氧体磁环或网购)，漆包铜线(线径0.25mm,长5m),儿童玩具电动车用的充电电池两节,书写笔芯,易拉罐饮料瓶,鳄鱼铗等.如图3所示.

图3 实验器材

3 “电磁感应笔”的制作方法

(1)线圈的制作

在废旧的电源设备中选取外径3cm,内径2cm的铁氧体磁芯一个(或网购).找一段长约5m,线径0.5mm的漆包铜导线，将其密绕在铁氧体磁环上，约能绕120圈.线圈两端线头留下约9cm一段长度，并去掉漆皮.从废旧照明吸顶灯上的发光条上选出8枚未损坏的LED，用剪刀将LED旁多余的铝片剪掉，将8枚LED顺次正、反向均匀地分布在线圈的圆周上，并与线圈的两端线焊接好.制成后的成品如同一枚镶嵌了宝石的戒指.如图4所示.

图4 制作的线圈

(2)笔身的制作

截取外径1.8cm，长13cm的PVC管一段.用书写笔的笔头和牙刷柄组合制作电磁笔的笔头.书写笔头焊接一铜丝，将铜丝穿过截取的部分牙刷柄中心后再与一小弹簧焊接，确保笔头与电池一端接触的可靠性.用铜丝制作一个与电池组尾部连接的锥形螺旋状弹簧，弹簧最大外径略大于PVC管内径，确保电池装入PVC管之后，电池被弹簧卡紧在管内且接触良好.制作书写板，将易拉罐瓶体剪下并展平，由于瓶体表面绝缘，为使“书写”时形成通断回路，用锥子尖端在板面上钻一些小孔，则钻孔处反面形成了一个个的导通点，这样笔芯尖碰到钻孔处的这些小点时，回路则导通，接触到其他部位时则不通.

图5 制作笔身

4 “电磁感应笔”的组装及实验方法

“电磁感应笔”的组装：将电池装入PVC管内，正极一端用笔头封住，负极一端用弹簧卡住.将制作好的线圈套在PVC管上.把一根导线两端都焊接上鳄鱼铗，一只鳄鱼铗夹住PVC管尾部弹簧端，另一只鳄鱼铗夹住书写板边缘并保持良好接触，将书写板置于笔记本中，这样一支特殊的“电磁感应笔”制作并组装完成.