研究背景

本項目研制的實驗研究平臺根據(jù)教材中“直流電動機及發(fā)電機”部分的相關教學內(nèi)容，試圖用新的器材和形式，將電動機中的磁場變化與轉向的關系，電動機的轉速與磁場強弱、電流強度、線圈線徑之間的關系，發(fā)電機發(fā)電量大小與轉速關系等現(xiàn)象顯示出來。同時，可利用本實驗研究平臺進一步探究電動機和發(fā)電機之間的可逆規(guī)律。儀器特點及用途

儀器實物見圖1。

特點

實驗研究平臺裝有自己設計的速度傳感器、磁性強弱調節(jié)裝置、雙組線圈、雙副電刷等創(chuàng)新器件，從而將許多實驗現(xiàn)象（其中有些現(xiàn)象用常規(guī)方法無法觀察）定量地演示出來。該教具設計巧妙，制作精良，操作方便，效果顯著。

用途

用本實驗研究平臺可做以下實驗，供教學或科技活動使用。

演示電源極性和磁鐵極性與電動機轉向的關系。

演示磁場強弱與轉速的關系。

演示電動機空載及負載時轉速與電流強度的關系。

觀察轉子線圈線直徑不同時電動機的工作狀態(tài)。

觀察轉子線圈中有部分短路時電動機的工作狀態(tài)。

演示發(fā)電機工作原理。

演示發(fā)電機、電動機的可逆現(xiàn)象。

制作材料

截面約220mm×340mm×5mm的木板（或塑料板）1塊，20mm×20mm×20mm磁鐵2塊（標有S、N極），鋁質支架（固定磁鐵用，高度30mm，寬度20mm）2個，塑料支架（支撐轉子用，高度28ram）2個，φ2mm×200mm金屬導軌2支，0.6A電流表1塊，轉速表1塊（改制），單刀小撥動開關2個，雙刀小撥動開關1個，小型單孔插座2副，φ5mm微型軸承2個，小滑輪1個，小皮帶盤2個，電動機三槽轉子鐵芯1個（φ18mm，疊厚10mm，軸長48mm），玩具小電動機1個，少量粗細不同的漆包線，小燈泡1只。

制作方法

電動機速度顯示部件的制作在轉速表電路中（見圖2），電感L是速度傳感器的主件，用131型玩具小電機改制而成。將原轉子上的線圈拆下，用φ0.1mm的漆包線繞120圈（每一槽），然后裝上。原2個接線端可作為傳感器的輸入端。通過皮帶傳動，在傳感器上產(chǎn)生與模型電動機轉速同步的電信號。Z是轉速表，用毫安級電流表檢流，表面要重新設計，調整電阻R的大小，使表面的刻度示數(shù)接近電動機的實際轉速，且不論順轉還是逆轉，均能顯示電動機轉速的大小。

電機轉子的制作

在轉子鐵芯上分別用φ0.15mm、φ0.27mm兩種規(guī)格的漆包線繞兩組線圈（每一槽均為80圈），粗線圈組由右端的換向器引入第一副電刷，細線圈組由左端的換向器引入第二副電刷。軸的左端還裝有皮帶盤，通過皮帶向裝在面板下的傳感器傳輸旋轉動力。

裝配布局

裝配示意圖見圖3。使用方法

閉合K1啟用轉速表并將電流表置3A擋，接通1.5V電源并交換正負極，轉速表指針從紅色區(qū)域轉為黃色區(qū)域，即電動機從順轉變化為逆轉（或反之）。

若將磁鐵從支架上取下，交換S極N極后再啟動，則電動機的轉向也會改變。

固定磁鐵原來位置，將電動機按入1.5V電源，此時轉速表上讀數(shù)約為2000轉/分，改按3V時，轉速明顯增快，讀數(shù)約為4000轉/分，這表示增強電樞磁場，轉速能增大。

電動機電源1.5V（3V也可）不變，移動磁鐵支架，一對磁極可遠離轉子或接近轉子，此時可看出電動機的轉速變化很大。當磁鐵慢慢遠離轉子時，磁場逐漸減弱，轉速讀數(shù)逐漸減小，當磁鐵慢慢靠近轉子時，轉速讀數(shù)慢慢上升，當磁鐵靠轉子最近時，轉速表的讀數(shù)反而有所下降。這說明，在一定的范圍內(nèi)，增強或減弱磁鐵磁場的強度，能使電機的轉速增大或減小，只有當磁鐵的磁場強度與電樞產(chǎn)生的磁場強度相當時，電機才有最佳的工作狀態(tài)。

將電流表置0.6A擋，仿上法，可觀察到電機轉速快慢與電流大小的關系。

將電機加載（用紙條慢慢向轉子加力）可觀察到電機轉速及電流的變化狀態(tài)。

撥動K3改變轉子中的繞組，可觀察到相同圈數(shù)、不同線徑的轉速及電流不同時，扭矩也不同。

當電機在工作時，用一導線短路空載線圈，電機的轉速及電流有很大的變化。

當電機在工作時，用一小燈泡（或電量顯示裝置）按在空載線圈兩端，小燈泡發(fā)光（演示發(fā)電機），轉速越大，燈泡越亮，轉速小，燈泡暗，說明發(fā)電機輸出功率的大小與轉速有關。

發(fā)電機停止轉動，將外接電源（插件）取代小燈泡，電機轉動（演示電動機），由此可見，發(fā)電機和電動機在一定的條件下是可逆的。

該項目全面展示了電動機和發(fā)電機的工作原理。項目原理科學，概念清晰，構思巧妙，設計合理。作品教育性強。項目選題新穎，具有實質性創(chuàng)新，對傳統(tǒng)方法有突破。作品效果顯著，制作規(guī)范，具有推廣價值。