简单、巧妙而有趣的电磁摆

简单、巧妙而有趣的电磁摆吴佑茂(广州英豪学校)单摆的振动是一种阻尼振动，当它的机械能耗’尽之时，它就会停下来。用于时钟里的重力摆能持续摆动是通过机械传动，把发条的弹性势能逐渐传递给钟摆，以补充损失的饥械能。笔者在教学中，设计并制作了一种电磁摆，是用电能补充损失的机械能，使之持续摆动，现象离奇，趣味横生，现介绍给读者参考。取一根15X lX0．5厘米。的木棍和一个直径为2厘米、长为2厘米的圆柱形强磁性磁体，用强力胶把磁体固定在木棍的一端(木棍方向沿磁体的轴方向)。在木棍上距磁体lo厘米处打一个孔，在孔中插一根6厘米长直径4毫米的铝棒，作为转动轴(如图所示)。转动轴的右半边贴上一块透明胶，在木棍的上端用双面胶贴一块聚苯乙烯泡沫塑料板，板厚0．5厘米，板面约30X10厘米’，并对板面加以美化。用直径为2毫米的铁丝弯两个钩作为轴承，形状如图所示，轴承的左半边较陡，右半边稍平。将轴承固定在一块位于竖直平面上的木板上。将轴放置在轴承上。取直径为o．4毫米的漆包线，绕一个1000匝边长为6厘米正方形线圈。把线圈安装在磁体下方的木板上，线圈平面在竖直方向上，且跟木板垂直。再如图所示那样，用导线把线圈、转轴等串联成电流的通路。如果磁体下端为N极，磁极下方电流的方向(即方形线圈上边电流的方向)，耍自读者流向木板的方向。就制成了一个电磁摆。只要按下电键．X，电磁摆就会自动摆动起来，振幅越来越大，直到最大振幅值，持续摆动。从外表上看来，这个电磁摆还头重脚轻，倾而不倒(因重心在支点以下，处于稳定平衡状态)，逼人生趣。这电磁摆的工作原理是：当按下电键x时，电流通过线圈，经后轴承，再到前轴承，流回电源负极。线圈上边的电流距磁体近，受到磁场的安培力，安培力的方向向左，线圈固定不能动。安培力的反作用力作用在磁体上，方向向右，推动磁体向右运动。在磁体从平衡位置向右运动到振幅位置的过程中，由于轴的左边没有透明胶绝缘，轴逆时针转动，电路处于闭合状态；当磁体从右边振幅位置回到平衡位置的过程中，由于轴承左边陡，右边较平，轴顺时针转动，轴与轴承断开电路；当磁体在平衡位置的左边摆动时，轴的右边与轴承的接触处有透明胶绝缘，电路不通。由于特殊形状的轴承和半边导电的轴的巧妙配合，在摆动的一个周期内，只有÷的`Q时间通电，子的时间不通电。在通电的时间内，电流对磁体做正功，电能转变成机械能，以补充电磁摆耗散的机械能，所以电磁摆能持续的摆动。

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