电磁铁的三维磁力检测仪

郭秋维

（福建省莆田市仙游县度尾中心小学，福建莆田，351266）

1 教具的教学意义和价值

我国古代数学家祖冲之说过：“亲量圭尺，躬察仪漏；目尽毫厘，心穷筹策。”的确，精心设计的实验教具，具引发学生思维、充分调动内因、激发学习兴趣的作用，促使学生自主地开展探究活动，产生科学问题，促进教学目标的完成。

电磁铁的磁力大小检测这部分内容没有现成的教具，学生当常识学习，但缺乏科学技能、科学情感、科学思想、科学素养的培养。如在教学中加入这直观形象的教具出现并演示，引导学生动手制作，让学生多感官感受体验，极易理解其中内容，让人记忆并保持持久，对于提高整节课的教学效果是很有帮助的。学生设计实验方案后，通过动手操作，启发思考，引起思维碰撞，孩子们的创新思维、发散思维就会得到充分的激活，为今后的学习奠定了基础。

2 教具装置图

教具的实物图和原理图分别如图1、图2、图3所示。

图1 实物图

图2 连接电原理图(系列作品1)

图3 连接电原理图(系列作品2)

3 仪器特点及用途

3.1 特点

本教具在小学科学六年级上册《电磁铁的磁力（一）》和《电磁铁的磁力（二）》教学中使用，让电磁铁的磁力大小与什么因素有关问题形象化、具体化，学生一目了然，易于接受，印象深刻，使抽象思维化成为具体可视化内容。

3.2 用途

本教具可在教学中直接演示和指导学生模仿制作使用。

（1）电磁铁的磁力大小与线圈匝数多少有关吗；

（2）电磁铁的磁力大小与线圈粗细有关吗；

（3）电磁铁的磁力大小与电池节数多少有关吗；

通过检测，可以知道电磁铁的磁力大小与上述三种情况均有关系，线圈匝数越多，线圈直径越粗，电池节数越多，磁力也就越大。但只能在一定的范围内可行，如线圈匝数太多，内阻增大，磁力也就小了。

4 制作材料

(1)电工类：不同线径的圆铜芯漆包线，检测匝数多少用皮径ф0.83分别绕140匝，280匝，560匝；检测导线粗细，均绕248匝，分别用0.21、0.59、1.20三种不同线径。4付5号电池（配电池盒），总开关K只，转换开关K1、K2两只等。

(2)电子类：发光二极管（红色1粒，绿色1粒），电子积木导线若干，子母扣及连接线若干，电流表1只，可变电阻1只。

(3)塑料类：长方形塑料底板1块，四个脚座组成框架，不同规格的塑料管若干（4分和6分，可装配接口），6分三通塑料管3套（其中一通内有螺纹），与带内丝的塑料管匹配，这样能锁紧固定。

(4)其余类：6节铁芯，指南针6只，回形针若干枚，加工与测量线径用的绕线机、外径千分尺（微调螺旋器）。

5 制作方法

(1)取电子积木底板1块，作为此仪器底板用。

(2)将6分三通水管固定在底板上，把4分管切成为6厘米长的3段和7.2厘米的3段，都做成“Ⅰ”形，用胶水固定住，以便绕漆包线用。

(3)取3个长管，在绕线机上分别绕上漆包线（皮径ф0.83）140匝、280匝、560匝，再取3个短管，分别用皮径0.21、0.59、1.20的漆包线均绕上248匝，并固定在6分管的两边，并排隔开位置，减少磁力相互影响。

(4)将8节电池置于电池盒内，安装2粒发光二极管（其中1粒红色，1粒绿色），1只100Ω的电阻，以及另外几条导线（包括电子积木导线）。

(5)安装总开关K、转换开关K1和转换开关K2，连接妥背面线头，并包扎。

(6)调试、测量、观察和记录。

(7)安装底座支架(4只脚)，其中1只脚可以调整高低，使之平稳不抖动。

(8)测电流强弱时，需安装电流表，接入1只可变电路。

6 使用方法

(1)电磁铁的磁力大小与导线匝数多少的关系，同样规格的漆包线绕上140匝，280匝，560匝三只。通过调试发现，用4付电池接入电路，绕560匝的电磁铁磁力最强，指南针偏转角度最大；绕140匝的电磁铁磁力最弱，指南针偏转角度最小。由此得出，导线匝数绕得越多，磁力越大；反之，就越小（见图4所示）。指南针可放在两端，也可放在旁边的不同位置，看磁力大小有什么变化。

图4 指南针可以放在两头，也可放在线圈的边缘

(2)电磁铁的磁力大小与导线粗细的关系，用皮径ф0.21、0.59、1.20三种规格的漆包线，三只均绕上248匝。通过检测可知，皮径ф1.20绕的漆包线柱磁力最强，吸力最大。皮径ф0.21漆包线柱的磁力最弱，吸力最小。

(3)电磁铁的磁力大小与串入电池节数多少的关系，变换转换开关，安装电流表，1付电池串入电路，电流指针现实小，红灯微亮；2付电池串入电路，电流指针显示较大，红灯较亮；4付电池接入电路，电流指针显示最大，红灯最亮。如图5、图6、图7所示。

图5 电流小，灯微红

图6 电流稍大，灯较红

图7 电流大，灯最红

图8 系列1、2检测仪正面图

图9 系列1、2检测仪侧面图

从而得出：接入电池节数越多，电流越大，磁力越强；反之就越小。也可以不看电流表，同样看指南针的偏转角度大小来确认。

(4)此教具可平置着，还可挂在墙壁上立着，让吸力强弱通过吸大头针的数量显示出来。

说明：

(1)转换开关K2，用子母扣固定一头，另一头可随意接入其中的一柱，以免发生短路。如用两个开关，会产生电池短路现象，损坏电池。

(2)用发光二极管指示电路是否有电流通过，既可作为指示灯，又可作为磁力强弱显示，使灯的亮度发生变化，显而易见。

(3)有两个系列作品（见图8、图9系列作品2所示）。系列作品2使用方法：转换开关1控制面上三个线圈柱或底部三个线圈柱，转换开关K2控制接入电池的节数。要检测上行线圈柱或下行线圈柱的磁力大小，由转换开关K1控制。要检测上行或下行线圈柱的单柱磁力或三柱相比较大小磁力，靠A、B、C、D四个接线柱的不同连接方法进行。如都不连接，是检测三柱的相比较磁力；连接BD，仅柱1线圈接通，检测第1柱的磁力；连接AB、CD，仅柱2接通，检测第二柱的磁力；连接AC，仅柱3接通。上行柱和下行柱分别相并联。上行柱均绕248匝，柱1、柱2、柱3分别用皮径ф0.21、ф0.59、ф1.20漆包线缠绕整齐（裸径小一点）贴实。下行柱均用ф0.83园铜芯漆包线缠绕，柱1、柱2、柱3分别绕140匝、280匝和560匝。上行用指南针检测磁力大小，下行用回形针（大头针）作为被吸小物体，看看吸力大小。