电流相互作用演示实验的创新设计，本文主要内容关键词为：相互作用论文,电流论文,演示论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
向学生直观地展示电流的相互作用，一直是电磁演示实验中的难题，其关键问题是得不到足够大的电流。目前市场上还没有做此实验比较理想的教学仪器。原有电流相互作用演示器材的缺陷是：①演示效果不明显，只有导线中间部分的微小弯曲。②电流过大、容易过载，演示实验难以做成。为此我对这个问题作了一番研究，成功制作了一种新式电流相互作用演示仪。
1 实验装置（见图1）
图1
2 创新设计方案
①变小为大。将同类产品中用单股导线做通电直导线改为多股导线，使电流的总量增大，克服了单根导线容易过载和烧断的缺陷。
②变静为动。原实验设计大多是将通电导线的两端固定，而导线本身有机械强度，它们之间相互作用时，其弯曲程度不够明显。现改为将导线两端固定在轨道上，使电流间相互作用现象更加明显。
③变暗为明。原器材中的电流方向看不见。现采用发光二极管和分流电阻能使学生看见电流的真实流向。
3 制作材料
铝合金线材，φ0.5 mm漆包线长约340m，φ20mm×1m的八分镀锌输水管2根，双向钮子开关2个，单向钮子开关2个，方座支架2个，水泥电阻（5W，2.2Ω）8只，绕线电位器1个（22Ω，如买不到或功率不够，可以不用；也可用滑动变阻器代替），发光二极管3个（红色2个、绿色1个），φ20mm螺帽和垫片各8个，φ3mm接线柱16个（红色6个，黑色10个），棕、黄、绿、黑色导线若干，三合板1块，电工胶合板5块，带支架的φ12滑轮8个（活动柜窗上用的小滑轮），M3和M4螺丝螺母若干等。
演示用的电源采用两只电动车智能充电器（天能电子电器厂制造），其输出电压为DC59 V，输出电流为3.0A。（见图2）
图2
4 制作方法
装置结构图如图1b，电路图见图3。
图3
用漆包线绕制成2匝800mm×180mm矩形线圈，每匝80根导线，分别嵌在铝框架内，b、c长框边分别代表2根通电导线（由于a、d相距较远，其相互作用可以忽略）。每根矩形铝框的上下边分别装上2只外径12mm内径4mm的小轴承，将线框架嵌入上下导轨内。把导轨调整到水平，对着不同颜色的导线接上线，接上电源，就可以进行演示实验了。
制作这套仪器并不难，除镀锌铁管两头螺纹请外面专业店加工外，其他都可以自己动手做。下面只介绍几道主要工序。
(1)线框架制作
①按已捆扎好的线圈外形尺寸，确定线圈铝框架尺寸。
②把U型铝合金线材按尺寸下料，用钢锯锯成短的185mm 4根，长的840mm 4根。
③把每根两端锯成45°角（注意槽口向里，口底边向外），短根的外边长为180mm、长根的外边长为800mm。
④用台钻按图4钻好所需要的孔，有接线柱连接孔、小滑轮连接孔、发光二极管插孔。
⑤按图4a，把4根短的分别用φ4mm×15mm螺丝螺帽连接固定小滑轮。
⑥因没有专用工具，铝质材料一般不好焊接。按槽口内宽用铜片或铝片做几个直角连接片。在铝框架左边一根材料的两头，用502瞬间强力胶将直角连接片连接上，按图4b先粘接好U型铝框架，粘前要用角尺调好直角。
⑦把线圈嵌进U型铝框架的凹槽里。
⑧同样按图4c，把铝框架右边一根材料的两头，用502瞬间强力胶先将直角连接片连接上，与铝框架左边及线圈右边连接，并与上下两条短边对接，放在平台上，用角尺调好两个直角。如图4d所示。
图4
按同样方法制作线框架B，并在框架的正面用小磁铁压上薄的电工绝缘板，只露出b、c两边。这样，一对可动的AB线框架就做好了。
(2)操作面板制作（见图5）
图5
①为了面板美观光滑，用1块680mm×104mm×1mm电工胶合板和1块680mm×104mm×5mm三合板胶合在一起。面板下面用制作镜框用的木线条做边框。
②在面板上用φ2mm的小钻头钻一圈，挖掉中间部分，用半圆锉把周边锉光的办法开挖2个20mm的圆孔。
③按面板上部位安装好电源开关
，电源A、B插座，联锁开关和8个接线柱。
④联锁开关制作方法。把2个双向钮子开关相隔6cm并列安装在面板上，取一段长为7.6cm的铅笔杆，钻两个孔，套入两个钮子开关把柄，用502胶粘好。这样一个简单的联锁开关就做成了。它的作用：一是能改变A线圈的电流方向。二是把其中另一个发光二极管的反向电压，自动地短路掉。B线圈的电流方向只有一个固定流向，没有必要做成双向流动。
⑤发光二极管分流电阻的制作。由于每匝线圈电阻实测为17Ω，电动车智能充电器实际输出电压50V，所以单股漆包线约通过2.9A电流，而在导线上串接的发光二极管正常发光时的额定电流均为20mA，因此要用合适的电阻加以分流。
发光二极管有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同。其中红色的压降为2.0～2.2V，黄色的压降为1.8～2.0V，绿色的压降为3.0～3.2V。
取红色发光二极管压降为2V，电流为20mA计算，分流电阻需要0.7Ω，功率约6W。取绿色发光二极管压降为3V，电流为20mA计算，分流电阻需要1Ω，功率约9W。
这样小的阻值而功率又这么大的电阻，难以买到。于是，我买了8只2.2Ω 5W的水泥电阻，3只并联电阻为073Ω，2只并联电阻为1.1Ω，就解决了这个难题。
⑥水泥电阻和面板上有关接线都接在面板下面，与A线圈有关的接线接在与A线圈有关的4个接线柱上，与B线圈有关的接线接在与B线圈有关的另外4个接线柱上。同时，在A、B线圈框架上也分别接上4个相应的接线柱。
5 使用方法
①打开箱子，取出器材，上下两块轨道板与两根支柱用螺纹连接，开关面板和两根支柱分别套入两个方座支架上，把两个铝框架套入上下轨道板之间，调整轨道水平，用手指轻轻拨动两个铝框架确认能自由移动就可以了。
②把两个带有接线的套管磁吸在作支柱的镀锌铁管上，再把接线接在与A、B线圈相应两组4个接线柱上。（见图6）
③把联动开关拨向“同向电流”，使开关S、
和
处在断开位置，插入220V交流电流，按下总开关S（用插电板上按钮代替），分别按下开关和先展示一下导线电流的方向，两只红灯分别亮，表示两根导线电流方向相同。然后关掉电源，把A、B线圈铝框架移开5～6cm间距。先打开总开关S，同时打开和，两根导线立刻相吸，两只红灯同时靠拢，表示演示“同向电流相吸”成功。
图6
④把联动开关拨向“反向电流”，使开关S、和处在断开位置。按下总开关S，分别按下开关和，先展示一下导线电流的方向，红绿两灯分别亮，表示两根导线电流方向相反。然后关灭电源，把两根导线靠拢，打开总开关S，同时打开和两根导线立刻排开至8～9cm，红绿两灯同时移开，表示演示“反向电流相斥”成功。
6 注意事项
①打开S、和时，不能过快，也不能太频繁，分别间隔两三秒操作，就可以避免红绿灯烧坏。如果红绿灯烧坏，只要把接红绿灯的接线柱分别短路，仍可演示“同向电流相吸”，“反向电流相斥”，只不过暂时没有指示灯显示罢了。
②因导线通过的电流较大，演示时导线通电时间不能过长，严防导线过热。演示结束后，要及时关掉总开关。