自制磁悬浮无线输电教具的设计和制作
邵静怡苏颖瞳梁国烈（岭南师范学院）
摘要：本教具利用了三点式电感震荡电路、电流的磁效应、电磁感应定律以及
永磁体的同级互相排斥的原理来实现磁悬浮的无线输电。可应用于电流的磁效应、电磁感应定律的教学、磁体磁性教学以及磁悬浮的原理的教学中。
关键词：三点式电感震荡电路 电流的磁效应 电磁感应定律 永磁铁
在人教版高中物理（选修3-2）第四章第四节法拉第电磁感应定律、第五节电磁感应现象的两类情况以及人教版高中物理（选修3-1）第三章第二节磁感应强度、第四节通电导线和磁场中受到的力的物理教学中,由于电流的磁效应、电磁感应定律以及磁铁的性质都是比较抽象的，并且电流的磁效应、电磁感应定律都是高中教学的重点以及难点。为了帮助学生更好的理解电流的磁效应，电磁感应定律的原理以及应用，方便他们牢固地掌握电生磁以及磁生电的相关知识，教师需要做好电流的磁效应以及电磁感应的课堂演示实验。但是，在物理课堂的教学中，目前还没有能同时满足以上几节课教学的教具，因此本小组借鉴前人的一些教具、网络资源以及模拟电子技术的相关内容，设计并制作了磁悬浮无线输电这个教具。
一、 自制磁悬浮无线输电教具的设计和制作
本教具的外部结构是一个塑料瓶子以及粘在瓶子外沿的两根笔芯，其作用是为悬浮瓶盖提供接力点，如图（a）。瓶子的瓶盖以及悬浮的瓶盖中都各粘有八块圆形磁体。用于悬浮的瓶盖外沿绕有线圈，并且连接上发光二极管，构成次级线圈的电路，如图（b）。
1) 无线输电原理：
电路图如图（A），总的来说本教具就是三点式电感震荡电路产生随时间变化电流，其波形大致为正弦波的电流，如图（B），变化的电流通过初级电感线圈，由电流的磁效应可知，初级电感线圈就会产生磁场。由于电流每经过半个周期就会变一次方向，所以每半个周期，由初级线圈产生的磁场方向就会改变一次,如图（g）。由电流的磁效应的规律可知，由电流磁效应产生的磁场的场强与通过电感线圈的电流成正相关，所以初级线圈产生的场强也大致为与电流的变化周期一致的正弦波，如图（C）。变化的磁场再通过次级线圈，由电磁感应定律e=n(dΦ)/(dt)，可知次级线圈会产生的感应电动势并且没经过半个周期，方向就会改变一次。所以无论次级线
圈的绕线方向如何，都会有电流正向通过发光二极管，那么二极管都会发光。
工作电路是三点式电感震荡电路，其电路特点是：频率范围宽、容易起振，但输出含有较多高次调波，波形较差。常用于产生几十兆赫以下的正
弦波信号。总结起来就是把直流电转换为波形较差的正弦波，也就是产生随时间变化的电流。由电流的磁效应可知，由于电感线圈的绕线方向，电流的方向每半个周期变化一次，所以初级电感线圈就会产生级性和磁强强度都随时间变化的磁场，没经历半个周期级性改变一次，级性变化如图（g）。磁场的级性由通过电感线圈的绕线方式以及通过初级电感线圈的电流的方向有关。可分为四种情况：1、电感线圈逆时针绕线，电流由线圈的a端流到b端，由右手定则可知，b端为N级，a端为S级，如图（c）; 2、电感线圈逆时针绕线，电流由线圈的b端流到a端，由右手定则可知，b端为S级，a端为N级，如图（d）;3、电感线圈顺时针绕线，电流由线圈的a端流到b端，由右手定则可知，b端为S级，a端为N级，如图（e）; 4、电感线圈顺时针绕线，电流由线圈的ｂ端流到ａ端，由右手定则可知，b端为N级，a端为S级，如图（ｆ）。
2) 磁悬浮原理：
利用永磁体的同级互相排斥的性质，当悬浮物的重力等于斥力的时候，物体就悬浮了，如图（E）
二、 制作过程
先看个图，灯亮了，这就是最终的效果。
好了，开始准备制作了！ 1) 电磁感应部分制作过程：
材料：直径约0.2毫米的漆包线若半米、瓶子（空心圆柱体）、等大的瓶盖两个、小瓶子（直径小的，绕线圈用）、热缩管若干、导线若干、1.5V电池两枚、一个三极管s9014、圆形强磁铁8枚、笔芯两支、开关一个、1千欧姆电阻一个，如下图。
先准备好一卷很长的漆包线
找一个小瓶子，直径一定要小，要不然绕完后加上线的厚度就放不到瓶盖里了，所以一定要测量好。选用如图所示的类似的小药瓶即可。
绕制线圈了，参数是：三极管9014，电阻1千欧姆（如图所示），初级线圈
（100+100匝），次级线圈（300匝）。
开始绕线圈！一定要绕地轻一点，要不然一会绕完了就弄不下来了，固定在瓶子上了。为解决这个缺点，可以在瓶子和线圈间加个笔芯，绕好线之后，把笔芯抽出来，这样可以线圈和瓶子之间就有多余的空间，从而可以很轻松的把线圈取下来了。
绕到100匝时，做个抽头。先把线绕到拿着瓶子的手指上，
然后再在瓶子上绕上几匝固定好
后再把手指抽出来。
抽头后的绕制方向与前100匝一致，即要么都顺时针，要么都逆时针绕。
绕完共计200匝后，将线剪断，然后把线圈从瓶子上去下这样，就饶