探究电磁阻尼现象实验组和教具

何欣城

初中课本中简单地介绍了电磁感应现象，使学生初步了解了“磁生电”的方法。而在高中课本中的相关章节，除电磁感应的概念、分析、计算和应用外，还有一种叫电磁阻尼的现象与之相关，这些现象如果能一一展示给学生，会大大激发他们的学习兴趣。

为帮助学生理解、掌握电磁感应的相关知识，我萌生了自制教学仪器的想法。透过仪器分析这些生动有趣的现象，学生能将电磁感应、楞次定律、电磁阻尼这三方面的内容紧密地结合在一起思考，这对锻炼学生的物理思维能力、拓宽学生视野等有很大作用。

一、教具制作

本组合教具包括以下三种常见的电磁阻尼现象实验装置，制作与演示方法如下：

（一）涡流制动

1.材料：“蹄形强磁铁”（由两片长方形强磁体、U型铁块组成）、铝盘（带支持架）。

2.演示方法：如图1所示，拨动铝盘，使铝盘高速转动，让“蹄形强磁铁”靠近铝盘，铝盘在磁体两极之间的磁场中转动。可以看出，加入磁场后，铝盘转动速率明显减小，很快就停下来。

3.原理：铝盘在蹄形磁铁的磁场中转动，会在铝盘中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生动态阻尼力，从而提供制动力矩，使铝盘迅速停下来。

4.制作要点：实验用的铝盘、连接铝盘的安放架及U型铁块，都是从废旧电能表上拆下来的。

根据电磁感应公式ε= n（ΔΦ/Δt），要产生更大的动态阻尼力，要求磁场足够大。所以需使用强磁体，以增强实验效果。

另外，局部磁场的强弱还与磁体形状有关，同时靠近两个磁极，比只能利用一个磁极的磁场要强得多，这也是制作“蹄形强磁铁”的原因。

（二）电磁阻尼管

1.材料：空心不锈钢管、圆柱形强磁铁若干、竹子段若干（作为填充物）、两个铜环（其中一个有缺口）。

2.构造：如图2所示，将强磁铁与填充物间隔着塞满空心不锈钢管。钢管下端安装底座，铜环用粗铜线绕成，以刚好穿过不锈钢管为宜，其中一个铜环两端要焊接在一起，另一个保留缺口。

3.演示方法：将两个铜环放入不锈钢管口，闭合的在上，有缺口的在下，使两个线圈沿管壁下落，闭合的铜环从不锈钢管上缓慢下落，有缺口的线圈则以近似自由落体的方式正常下落。

4.原理：闭合导体穿过磁极时切割磁感线，产生感应电流，导体受到总是阻碍相对运动的安培力的作用，所以闭合铜环的下降速度较慢。而开口铜环没有感应电流，不受安培力，按照近似自由落体的规律下落。

5.制作要点：管内磁铁与填充物应间隔均匀分布，而不能只用磁铁装满或将磁铁集中在一起。如果磁铁都集中在一起，就相当于一块很长的条形磁铁，虽然两极磁感线较密集，但中部的磁感线近似与磁铁自身平行，铜环通过这段时，磁通量变化极小，不减速，实验效果差。

铜环质量均匀，而且不能太小。质量均匀下落时才能平衡。铜环质量太小，摩擦力减速的作用本身就已很明显，安培力的作用不易分辨。

（三）电磁阻尼摆

1.材料：圆形厚铝片两块（可用旧版一角硬币代替）、圆柱形强磁铁、支架、线。

2.构造：如图3所示，将圆形铝片中心穿孔，挂在支架两侧，注意使两侧铝片处于同一高度，在其中一侧安放磁铁，磁场对准铝片。

3.演示方法：将两侧铝片拉升到同一高度，同时释放，可以看到，经过磁场一侧的摆的摆动幅度会有明显衰减，先于另一侧停下来。

4.实验原理：有磁场一侧的铝片通过磁场时，铝片的磁通量发生变化，产生感应电流，机械能转化为热能，先停下来。

5.制作要点：摆片材料所含铁杂质要足够低，且质量不能太大；磁场范围的大小应与摆片大小相当。

二、创新性

1.针对性强，效果明显。

2.成本低廉，构造简易。

本教具组装方便、造价不高，既能培养学生动手能力，又能改善教师的教学效果。endprint