创新科学教育项目：电磁小车的制作和动力模型分析

摘 要 电磁感应的实践应用一直是我们探索的重点，同时也是中学物理的重要内容，以电池和小磁铁为原料制作的小车，不仅能顺利前行，而且形状多变，极富趣味性。那么对其动力产生的原因进行深入探究，不仅是实验的需求，更是科技馆科学教育项目的需求。

关键词 电磁动力 电磁感应 等效环形电流

中图分类号：TP242 文献标识码：A

以铜线圈、电池、小磁铁为材料制作的电磁动力“小车”经试验探究，小车可以在线圈中顺利前进。首先，将铜线缠绕成紧密且同大小的线圈，将同极的小磁铁（同为N或者同为S）分别贴在电池的正负极上（如图1），将这个 “小车”放入铜线圈中，会发现“小车”竟然沿着线圈运动起来，最终从线圈中穿出。那是什么力量推动着这列“小车”前进呢？

小磁铁是这个实验的关键点，它们既产生了磁场，又充当了导体的作用，使铜线圈和电池的正负极接通，即使铜线圈内产生电流， 此时通电的铜线圈根据电磁感应定律和右手法则，产生磁场，磁场方向如图2所示。

通過对实验的观察和分析，下面对电磁小车动力的来源进行两种模型分析，不当之处欢迎批评指正。

1小磁铁等效环形电流模型

我们知道磁场中的电子，其实在做规律的环形运动，形成环形电流，并最终形成方向一致的对外显现出磁铁的磁性。那么如果把磁铁当成一个整体来看，那么磁铁可以等效成为一个通电的螺线圈，正极所接磁铁的环形电流模型如图3所示，负极所接磁铁的环形电流方向相反。

电池正负极所连接的小磁铁都模拟成环形电流后，在铜线圈的磁场中，电流产生安培力作用，那么安培力的大小则根据左手定律，将磁感线垂直穿过手掌，四指指向电流方向，大拇指所指方向就是安培力的方向，如图4。正极的F1和负极的F2，合力方向均向左，最终推动“小车”前进。

2通电线圈等效条形磁铁模型

根据文章前面所述，铜线圈中产生了电流和感应磁场。磁场方向根据右手法则判断方向向右。这种情况下，通电铜线圈等效为条形磁铁，左（正极）为S极，右（负极）为N极。如图5。

正极处，感应磁场的S极与小磁铁的N极相互吸引，给小磁铁一个向左的力量；负极处，感应磁场的N极与小磁铁的N极相互排斥，给小磁铁一个向左的力量，两个力量均向左，所以“小车”向左运动。

由于S极小磁铁距离铜线圈感应磁场两极较远，产生的排斥和吸引力被N极产生的吸引和排斥力抵消，不作考虑。

3结束语

利用身边简单的工具和材料，设计简单又富有趣味的小实验，能极大提升青少年对科学的感知和兴趣，在科普活动中，经常采用此类方法，激发观众的好奇心和探究欲。辅导员在进行科学教育工作时，要对现象背后的原理进行深入探究，不断试验改进，让观众以兴趣为出发点，以应用为落脚点，才能达到科普教育项目的真正目的。

作者简介：马晓燕，女，汉，出生年月：1990年5月，籍贯：河南长葛，学历：本科，职称：助理馆员，工作单位：许昌市科学技术馆，研究方向：公众科学教育。

参考文献

[1] 闫峰.磁动力小车的驱动原理[J].中学物理教学参考，2015（13）.