经过前面的学习,我们了解到电与磁之间存在着紧密的联系,电动机就利用了通电导体在磁场中受力的原理。为了更直观地感受电与磁相互作用产生的力,我们利用现有的金属线、电池和纽扣式磁铁设计一个装置,使电池在线圈中运动,从而深入理解电动机的原理。
项目分析
要让电池在线圈中运动,需要完成以下几个任务。
1. 分析电池在线圈中运动的原理。
2. 准备材料。
3. 利用材料,完成制作。
4. 观察现象。
项目实施
1. 分析电池在线圈中运动的原理。
(1) 当电流通过金属线绕成的线圈时,线圈周围会产生磁场,而纽扣式磁铁周围也存在磁场,这两个磁体通过磁场相互作用。电池作为电源,为线圈提供电流,在磁场力的作用下,电池就有可能在线圈中运动。
(2) 金属线要选择导电性良好的,比如铜线,其电阻较小,能保证有足够的电流通过。电池需要提供稳定的电压,以确保电流稳定。纽扣式磁铁的磁性强弱会影响磁场力的大小,因此要选择磁性适中且稳定的磁铁。
2. 准备材料。
细铜质金属线(2～3 m)、一节 1.5 V 的圆柱形电池、两颗纽扣式磁铁。
3. 利用材料,完成制作。
(1) 制作线圈：如图所示,将金属线紧密地缠绕在一个圆柱形物体(如笔杆)上,绕 20～30 圈,形成一个螺旋状的线圈。缠绕完成后,小心地将线圈从圆柱形物体上取下,并尽量保持线圈的形状。然后将线圈的两端线头稍微向外拉直,以便后续进行连接。

(2) 安装磁铁：把两颗纽扣式磁铁分别吸附在电池的正、负极两端。注意磁铁的极性,确保安装稳定,避免在运动过程中脱落。
(3) 放置电池与线圈：将制作好的线圈平放在桌面上,把吸有磁铁的电池轻轻放入线圈内部。此时,电池、磁铁和线圈形成一个闭合的电路,电流会从电池的正极流出,经过一端的磁铁、线圈,再通过另一端的磁铁流回电池的负极。
4. 观察现象。
电池放入线圈中后,由于电流产生的磁场与磁铁的磁场相互作用,电池会在线圈中开始运动。仔细观察电池的运动方向、速度等情况。如果电池没有运动,那么可以检查电池的正极和负极连接得是否正确、磁铁是否安装牢固、线圈是否有短路等问题。
展示交流
1. 制作一张简单的海报,在上面标注出实验的材料、步骤、原理,以及实验过程中的关键数据和观察到的现象。
2. 各小组可以将实验装置放置在展示台上,连接好电池,让电池在线圈中持续运动,比较哪一组的电池运动得更快。
3. 各小组同学提出在实验过程中的疑问和想法,共同探讨如何改进实验装置,让电池运动得更快、更稳定。同时,思考该实验原理在实际生活中具体有哪些应用。

通电导体在磁场中受到力的作用，使电池在线圈中运动。

电池在线圈中运动的原理是：电池、磁铁和线圈形成闭合电路，电流通过线圈时产生磁场，该磁场与纽扣式磁铁的磁场相互作用，依据通电导体在磁场中受力的原理，使电池在线圈中运动。