一种新型电生磁综合实验仪的研究及开发

李小明 刘江

摘 要：目前的中学物理教学领域，在磁场教学中，现有的奥斯特实验比较单一，而安培定则难以通过教具体现，很多老师嫌实验麻烦，因而单一的实验也很少做，导致学生学习效率低下。而电生磁是一个抽象性很强的知识点，为提高学生的核心素养及对电生磁由点到线、由线到面、由面到体的整体认识，化复杂为简洁、化抽象为直观，加强学生在这方面的科学探究与整合教学。我们特发明了此电生磁综合实验仪。

关键词：整合教学 整体认知 实验探究 透过现象看本质

研究内容：

我们研究开发的电生磁综合实验仪，它从整体的角度解决这一难题，对比效果明显，趣味性加强，提高了学生的学习兴趣与学习效率。通过实验把电生磁整合为一个整体。

本仪器所采用的技术方案是：电生磁综合实验仪，包括绝缘的底座和对称竖立在底座上的左支撑座和右支撑座，还包括设置在左支撑座和右支撑座上方的绝缘桁架，底座上位于左支撑座和右支撑座之间固定有螺旋线圈，螺旋线圈内设置有一个小磁针，底座上对应设置有位于螺旋线圈外的两个小磁针，位于螺旋线圈内、外两个小磁针的连接线均与螺旋线圈的轴线等高，所述的绝缘桁架由两个平行的桁条和位于桁条之间的水平直导线组成，位于上侧的桁条上通过连杆悬挂有若干小磁针，位于下侧的桁条上通过支杆支撑有若干小磁针，所述的水平直导线分别穿过左支撑座和右支撑座之后与螺旋线圈连接，所述的左支撑座和右支撑座之间还设置有绝缘桁梁，所述的绝缘桁梁上悬挂有两个小磁针，设置在螺旋线圈轴线上方，所述的左支撑座和右支撑座顶部通过若干支杆支撑有两排小磁针。

所述的电生磁综合实验仪，其左支撑座和右支撑座均为六棱柱体，所述的小磁针均匀分布在左支撑座和右支撑座表面的六条边线的中点上。进一步，所述的左支撑座和右支撑座上的小磁针有两层。所述的电生磁综合实验仪，其导线通过粘接或插接的方式与支撑座紧固连接。所述的电生磁综合实验仪，其底座为木头、玻璃或透明塑料。

与现有技术的方式相比，本仪器具有以下至少一种优点：

1.水平桁架由兩个平行的绝缘桁条和水平直导线组成，上侧的桁条上通过连杆悬挂有若干小磁针，下侧的桁条上通过支杆支撑有若干小磁针，直导线上下两排磁针水平放置，导线上方磁针悬挂，导线下方磁针正立放置，通电前，上下每两个磁针分别平行对称。

2.左右两边反向电流形成的磁场方向相反，对比鲜明，效果明显。

3.螺旋管内外磁场整体展现，整体认识，激发兴趣。

4.电生磁是一个抽象性很强的知识点，为提高学生对磁场由点到线、由线到面、由面到体的整体感性认识，必须要加强学生在这方面的探究实验。

5.一套仪器可独立完成三个对比实验

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本仪器作进一步详细说明。

现有的磁生电物理实验教学仪器中，奥斯特实验演示仪，仅有一个大磁针，起到了磁生电的演示效果，但不具有趣味性。本仪器将一个大磁针改为上下两排小磁针，实验中两排小磁针各自整体向反方向转动，具有趣味性与震撼性，能给学生留下不可磨灭的整体印象，加深学生对电生磁转换的记忆。

参照图1所示，本仪器包括绝缘的底座1和对称竖立在底座1上的左支撑座2和右支撑座3，还包括设置在左支撑座2和右支撑座3上方的绝缘桁架7，底座1上位于左支撑座2和右支撑座3之间固定有旋向相反的正极螺旋线圈4和负极螺旋线圈5，正极螺旋线圈4和负极螺旋线圈5内均设置有一个小磁针9，底座1上对应设置有位于正极螺旋线圈4和负极螺旋线圈5外的两个小磁针9，位于螺旋线圈内、外两个小磁针9的连接线均与螺旋线圈的轴线平行，所述的绝缘桁架7由两个平行的桁条和位于桁条之间的水平直导线组成，位于上侧的桁条上通过连杆悬挂有若干小磁针9，位于下侧的桁条上通过支杆支撑有若干小磁针9，所述的水平直导线分别穿过左支撑座2和右支撑座3之后与正极螺旋线圈4和负极螺旋线圈5连接，所述的左支撑座2和右支撑座3之间还设置有绝缘桁梁8，所述的绝缘桁梁8上悬挂有两个小磁针9，分别设置在正极螺旋线圈4和负极螺旋线圈5上方，所述的左支撑座2和右支撑座3顶部通过若干支杆支撑有小磁针9。

参照图1所示，作为本仪器的第二实施例，所述的左支撑座2和右支撑座3上的小磁针9有两层，这样直导线6通电，上下两层的小磁针9都会相应动作，以增加实验的直观性。

本试验仪在位于底部的底座1上设计了两个电流反向的螺线管，其内部和外部分别放有若干小磁针9，可演示通电螺线管内部的磁场方向。

因此本仪器实验仪器从整体的角度解决了电生磁的重难点，同时演示了安培定则和叉进点出的电-磁转换原理。

电生磁综合实验仪的市场开发

1.新型电生磁综合实验仪的理论研究（已完成）

2.电生磁综合实验仪设计图样（已完成）

3.申报国家专利（已完成）

4.“九师科技专项”项目资金申请（8万）（以完成）

5.工业设计。工业结构设计及加工制造图，外观设计图，及实验和样品制作等工作已与湖北工业大学已达成合作意向。资金落实即可实施（正在进行）

6.进一步争取兵团科技专项资金或援疆资金（120万），批量生产600台，在九师范围内进行小学科学课、初、高中物理实验课的实验教学实践，形成课堂实验教学有效性的研究报告。此模式参考袁隆平院士研究杂交水稻的研发模式。国家出钱支持研究。研究成功后，再由国家出钱购买一定数量的种子在一定范围内免费给农场试种。试种成功后，再交由市场运作经营，转化为生产力。（规划中）

7.向国家教学仪器装备中心提交该项目所有研究报告，力争进入国家中小学必备实验教学仪器采购目录。（规划中）

8.积极联系品牌教学仪器生产企业进行技术合作，努力把该产品推向市场，更好的为全国物理实验教学工作服务，并转化为生产力创造财富，实现社会效益和经济效益的双丰收！（规划中）