磁动力小火车的驱动原理

简易磁悬浮列车制作,极其原理注：电池推荐：充电电池,能量足

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生活物理

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:

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个国外牛人制作的电池磁力小火验是假的,

“

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“

车

”

的视频

。

视频中人把超强磁铁分别吸附在电池笔者对这个电磁驱动的小实验也产生了浓厚的“

的正负极两端制成小火车,

”,

并将其放人

自

制的铜质兴趣通过实际操作证明这个实验是可行的并对实,,一

定的理解希望下面的阐述能够为螺线管中电池与磁铁竞然沿着螺线管运动起来直验的原理有了正所示到从螺线管的另端穿出截图如图这个疑者解惑有不当之处望大家指,

。

一

(

1

)

。

,

。

小实验材料简单制作简易却充分展现了电磁驱动、,

一

、

磁铁与电池的组合方式一

现象引发了不少网友,

笔者利用1

节普通的南孚

7

号电池、

、

1

0

片直径的铜

的关注与讨论

。

许多人一

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酬片形钕铁硼超强磁铁直径约(

1

mm

对于实验很还存在的疑问,

定

,

一

-

线绕制的螺线管如图附有1

2

)

,

完成实验。

。

电池两端都吸,

甚至是怀疑认,,

5

片超强磁铁以增强磁性

经过反复实验发现。

为电池不可能运动由(

实图电池运动与否与电池正负极吸附的磁铁的极性有关所示度降低此实验是要说明温度降低时。,

演绎推理

)

,

如图

7

,

内

能减小

。

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学过程中有同学回答瓶中有”,

“

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白雾说明压缩气体产生 -

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了热量。

这个回答暴露了学生两个错误的前概念9

,

是混淆

了图

中的两个实验二是热量,,

是不能凭空产“





生的 n rr任柯物休都物体内所有分子动能” c雾生具有内能部分学生做物体的内能

^a7

(

在烧开水的实验

中离壶,

口

较远处也会有,

白



成

. .

,

把白雾与加热联系了起来这种“,,

—,

错误观点应该及时指出,

。

至于热量的概念正好是这,,

(

2

)

节课要学习的内容在热量学习过程中教师要重点为什么说物体的内能与温度有关推理过程表述清楚?。

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8

所示

。

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盖的动能>

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墨水分子和水子的空隙中

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温度越高墨水扩= rt s<=越快说明分子无与溫度冇矢物体内能越大规则运动越激烈|

所有分子物体动能的总和越大c内I

1

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图图2.

 9

 8

在实验教学

中

要及时

纠正学生

错误的前概念

参考文献

本节学生所暴露的前概念错误发生在研究气体有内能的实验环节中如图,

w

周小奋基于原始物理问题的教学设计.

m物?

理教师

,

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 .

在实验中瓶中谭庆仁周有白雾说明瓶内发生了液化现象而液化的条件是温物理通报9

所

,

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,

小奋2

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光的折射教学设计思路及案例”) .

[J]

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简易磁悬浮列车制作,极其原理注：电池推荐：充电电池,能量足

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生活物理.

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的矢量和为零所以对外不显磁性,,

。

磁铁中的分子

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磁矩的取向是趋于同,

一

致的各分子电流绕行方向相,,

j

I

-

如图

4

甲,

所示

。

但相邻的分子电流方向相反效致使整个磁铁侧面就像通电螺线。

只有磁铁外侧面的各段分子电

流没有抵,

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消)(

,

如图,

4

乙所示一

(

N

)

管样形成了层环形电流所以我们可以把条形磁铁吸附电池的方式共有四种正 N负 N正磁铁等效看做通电螺线管如图丙所示满足安培 S S N S正 S负负其中只有两定则正负? 2一

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。

。

种形式电池才会运动与磁铁;

。

如图(

2

甲S)

所示电池正负极都,

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S

极相连即正,

S)

负

(

型此时电池向左运,,

动如图正 N负( )

2

乙所示N),

,

电池正负极都与磁铁 n极相连。

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型这种情况下电池向右运动。

其余的

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连接方式电池都是静止不动的,

如果改变线圈的绕,

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行方式能运动的仍然是这两种方式只不过电池运義^二、

.

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图

4

条形磁铁分

^

徒及等效模

/

向

会发生改变

。

这说明螺线管的绕向与电池 3、

条形磁铁受到磁力的方向3

_— _力 __

图中电池两端所吸附的磁铁都等效于通电螺雜在等效螺线管上分别取个环形电流电流方-

。

,

物体的运动状态发生改变用。,

#自为图从实验删浦材±看电池运动的动力应该是产生的-

,

定是受到

了力的

5

中的 U

2

,

这两个环形电流都处于螺线管。

辆强鶴巾一

在环形电流上取。

-

段电流元,

,

磁场力

。

那么磁场力是怎么产生的呢？表面上看只一

可以看做

段很短的直导线

根据左手定则知电池,

有磁铁产生了磁场相互作用的另,

个磁场是怎么产

正极的等效环形电流受力呈向左汇聚状如,

F1

;

电池。

1

.

负极的等效环形电流受力呈向左发散状如两通电螺线图产生磁场个环形电流受到的以左所力最终是向的电池能合都F2,

这些网友所关注与不解的地

方正是实验的关键够向左运动

。

同样的判断方法图,

2

乙模型中,

,

电池

所在

。

其实大家都忽略了电池运动的,

一

个关键条件

’

正极的等效环形电流受力呈向右发散状,

电池负极的,

即要想让电池运动

电池两端的磁铁必须要与铜线圈等效环形电流受力呈向右汇聚状合力最终向右所:

接触一

。

也就是说磁铁在这个实验中的作用有两个以电池向右运动,一

。

是产生磁场与另,,

磁场发生相互作用一

;

二是

连接。

线圈使电池和线圈形成以图B2

定的回路以便产生电流

\

甲,

模型为例、

。

电池两端的磁铁与线圈片,

、

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-

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两点接触电池磁铁与线圈形成回3

路产生的电流

方向如图

所示。

。

根据安培定则通电螺线圈内部磁,,

,5

j

B\模型受力

场的方向向右

两接触点为螺线圈的边缘产图,

电池两端磁缺等效

生如图所示的非匀强磁场而磁铁恰恰处于此非匀强巾。

根据以上的分析可知_ _ _

,

与磁铁产生的磁场相互,

作用的另v\

一

磁场是由电流产生的

电池运动的动力,

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是通电螺线管产生的磁场施加在磁铁上的磁力

所

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B…

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,

以

称之为磁动力小火车名副其实,

。

实际生活中电磁

驱动现象还有很多发现和探究此类制作简单而又

女

,



“

神秘

”、

的小装置能够丰富课堂教学用探究性的内,

,

处于如上所示的非匀强磁场中的条形磁铁受到

容可以激发学生学习物理的兴趣

,

达到事半功倍的

的磁场力的方向如何呢？根据分子电流的观点普通的铁中每个磁分子都相当于,一

[1

“

°

个环形电流其磁矩叫,

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吕

长荣

,

刘晓军.

,

高红:

.

电磁学[ M]哈尔滨.

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哈尔滨

工

业

做分子磁矩不过这些分子磁矩的取向是杂乱无章大学出

版社

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