自制低成本电磁阻尼演示器

山东省济宁市实验中学(272023) 王富民

1 问题的来源

在学习人教版普通高中物理教科书选择性必修第二册第2章第1节“楞次定律”和第3节“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”时，笔者引导学生思考电磁阻尼和电磁驱动的作用力是否满足牛顿第三定律，电磁阻尼和电磁驱动现象是否都能用楞次定律来解释。在没有现成的教学仪器的情况下，笔者利用自制的低成本电磁阻尼演示器演示电磁阻尼现象。

2 问题的解答

当导体与磁体相对运动时，感应电流会使导体受到安培力的作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，根据牛顿第三定律，作用力与反作用力是同一种性质的力，即感应电流的磁场与强磁铁磁场之间的相互作用力——磁力；导体所受安培力的施力物体是磁体，磁体所受磁力的施力物体就是导体(因为导体有暂态的磁性，其磁性是由感生电流产生的)。固定的磁体能阻碍导体的运动，固定的导体同样也能阻碍磁体的运动。

只要磁体与闭合电路之间有相对运动并引起闭合电路中的磁通量发生变化就一定有感应电流产生；感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，安培力的方向总是阻碍磁体与闭合电路中导体的相对运动。

理解了电磁阻尼也就不难理解电磁驱动，因为这两种现象中的闭合电路中的导体都是受到了安培力的作用。电磁阻尼现象一般是磁体不动，固定的磁体阻碍导体的运动；电磁驱动现象一般是运动的磁场驱动受安培力的导体运动。电磁阻力和电磁驱动的作用力满足牛顿第三定律，电磁阻尼和电磁驱动现象都能用楞次定律解释。

3 低成本电磁阻尼演示器的制作

制作材料：长15 cm、宽10 cm、厚 1 cm的木板1块，长32 cm、宽6 cm、厚 0.5 cm的木板1块，2根长50 cm、内径2.5 cm的铝管，直径2 cm、长3 cm的铜柱1个(废锁芯制作)，直径2 cm、厚2 mm的钕铁硼强磁铁10粒吸合成1个强磁铁(网购)。

制作：将2块木板用木螺钉固定成L形，竖直铝管下端悬离水平木板6 cm，将2根铝管用热熔胶固定在长木板上，制作完成的教具如图1所示。

图1 低成本电磁阻尼演示器

4 实验现象及实验意义

实验现象：将铜柱、强磁铁同时从2个竖直铝管上端放下，会看到铜柱先落下，铜柱、强磁铁下落时间差距非常明显。此实验给学生留下深刻的印象，能增强学生的感性认识，激发学生的学习兴趣。

实验的意义：①有利于学生理解人教版普通高中物理教科书选择性必修第二册第25页的“思考与讨论”；②有利于学生理解并解释教材第28页的“练习与应用”第5题；③有利于学生完成教材第29页的“做一做”；④有利于学生完成教材第37页的“练习与应用”，理解并解释第1至5题。

学生完成了这个实验，有利于理论联系实际，独立完成教材上的习题也就成了很快乐的事，而不再是学业负担；教师可以将此教具作为一种学具，引导学生动手制作。