万树德

（中国科学技术大学电磁学教学组，安徽合肥230026）

1 无电刷法拉第模型电动机

无电刷法拉第模型电动机如图1所示，用于电磁学教学课堂演示.转子线圈用漆包线绕制，近似矩形，线头自两侧引出，刮去漆皮作为转子线圈的转轴，架在由2块铜板做成的导体支架上.两导体板通过开关K分别与干电池两极焊接，接通开关K后电池供电有电流流过转子线圈.在两导电板之间、转子线圈下方安放1块铷铁硼永磁体.通电的转子线圈边框通过磁体附近时会受到安培力的作用.

实验现象如下：1）若K断开，无论给转子线圈任何方向的初始角动量，转子线圈转动几圈后都将逐渐停止转动；2）若K接通，给转子线圈初始角动量，转子线圈将会维持旋转；3）若K接通，给转子线圈一反向的初始角动量，转子线圈也会维持旋转.

在转子线圈通电的情况下，只要给转子线圈初始的角动量让转子线圈转动，转子线圈将维持转动，转动方向保持与原始转动方向一致.

2 解释实验现象遇到的困难

实验现象1）很好解释，K断开，转子线圈无电流通过，磁场对转子线圈无安培作用力，所受磁力矩为0，转子线圈受空气阻力、轴与支架间的摩擦力作用转动逐渐停止，符合牛顿力学规律.

实验现象2）和3）难以解释.

很显然，无电刷法拉第模型电动机不能改变流经转子线圈的电流方向，应不能维持转动.

为了便于说明问题，首先简化问题，由于永磁体安装位置原因，下部磁场较强，上部磁场……