自制有線電報機

許浩 韓沁君 吳明霞

摘?要：通過吸盤式電磁鐵、無源蜂鳴器、發(fā)光二極管、PVC板等器材自制有線電報機，可以有效地輔助“電磁鐵”的課堂教學，激發(fā)學生的學習興趣，充分展現電磁鐵在生產生活中的實用性.

關鍵詞：電磁鐵;有線電報機;自制教具;創(chuàng)新實驗

文章編號：1008-4134（2020）02-0029?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：許浩（1993-），男，四川南充人，碩士研究生，研究方向：中學物理教學;

韓沁君（1994-），女，四川蒼溪人，碩士，中學二級教師，研究方向：中學物理教學;

吳明霞（1995-），女，四川南充人，碩士研究生，研究方向：大學課程與教學研究.

1?制作背景

電磁鐵結構簡單，應用廣泛，教學中常以分組實驗的形式進行.以教育科學出版社物理教材為例，“電磁鐵”被編排在第七章第三節(jié)[1]，在內容上承接“電流的磁場”.為了進一步凸顯物理知識的實用性，教材在“家庭實驗室”部分提供了制作簡易收發(fā)報機的活動，并呈現了簡易模型.通過實驗發(fā)現，若僅按照該模型進行制作，難以打出理想的摩斯密碼.查閱相關文獻發(fā)現，已有的有線電報機集成度過高，不利于課堂教學[2].為此，筆者對教材模型的電路設計進行了優(yōu)化，改進了接收裝置，使其能夠連續(xù)準確地發(fā)出摩斯密碼，模擬電報機的實際運用.

2?儀器原理

有線電報機主要由杠桿裝置、打字裝置、混聯電路三部分組成（如圖1所示）.儀器右側由鋼鋸條和PVC小塊制成的發(fā)報裝置，類似于一個常開型雙擲開關，該開關控制著兩條支路的通斷（如圖2所示）.當開關閉合時，電磁鐵電路導通，吸引下方的鐵片，鐵片上升，進而帶動杠桿另一端的馬克筆下降.由于馬克筆下方鋪有紙帶，當紙帶在小馬達的帶動下移動時，筆尖便可在紙帶上留下墨跡（如圖3所示）.斷開開關后，電磁鐵失去磁性，鐵片在重力的作用下帶動杠桿恢復原狀，馬克筆脫離紙帶.

通過雙擲開關同時控制的還有另一條支路，由發(fā)光二極管、蜂鳴器以及小馬達串聯組成（如圖2所示）.在開關閉合后，二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)聲，這便能模擬出電報機發(fā)報時的聲光效果.兩條支路同時導通，各個電路元件同時工作，實現了在打出摩斯密碼的同時，還伴隨著聲光效果，可以很好地模擬電報機真實的收發(fā)報過程.

3?設計優(yōu)勢

3.1?結構設計

將發(fā)射裝置和接收裝置合二為一，且固定發(fā)射裝置的位置，使其簡單易用，穩(wěn)定性高.由于接收裝置涉及到的電路元件較多，布線較復雜.筆者利用PVC板制作矩形箱體，既可隱藏電線提高美觀度，又能作為杠桿裝置的支撐結構.為了保證良好的可視性，以合頁將箱體蓋板設計成能自由開合的形式.除此，筆者還綜合考慮電磁鐵的安裝位置、電磁鐵的磁性強弱、電磁鐵與鐵片的距離、鐵片與馬克筆構成的杠桿裝置的力矩等問題，確保每次實驗都能成功打出摩斯密碼.

3.2?電路設計

為了實現打出摩斯密碼的同時發(fā)出聲光信號，更真實地模擬出收發(fā)報過程.在設計電路時，筆者采用雙擲開關同時控制兩條支路的通斷.經反復測試，9V的電壓下電磁鐵的磁性仍能滿足需求，因此只需要6節(jié)1.5V干電池串聯便可作為整個電路的電源，實驗成本低廉也方便更換電池.根據器材的產品說明，蜂鳴器、發(fā)光二極管和小馬達所需的工作電壓均小于9V，且小馬達的轉速會隨電壓的降低而減慢，正好符合馬達低速轉動，帶動紙帶緩慢移動的設計要求.所以，可將這三個元件串聯在同一條支路，電磁鐵單獨一條支路，確保所有元件的實際電壓都在各自規(guī)定的電壓范圍內.

4?制作方法

4.1?發(fā)射裝置

發(fā)射裝置是一個簡單的常開型控制開關.截取兩段長約7cm帶孔的廢舊鋼鋸條，用砂紙將涂層或銹跡打磨干凈，用羊角錘將帶孔一端約1cm長度的鋸條錘成30°角斜度.

用鋼鋸鋸一塊長寬約為5cm×1.5cm的PVC小板，打磨光滑，使用熱熔膠將其粘在鋸條凹面長邊上.截取一塊60cm×20cm的PVC板作為整個電報機的底板，將粘好PVC小板的鋸條用螺絲固定在底板的右側.鋸條前端下方也需擰兩顆螺絲作為接線柱，當鋸條按下時能與下方螺絲冒接觸良好（如圖4所示）.

4.2?接收裝置

接收裝置最核心的結構是電磁鐵和杠桿裝置.為了方便安裝，可以按照如下步驟先制作這一部分所需的各個零件，再進行組裝與調試.

4.2.1?箱體的制作與安裝

準備四塊PVC板，長寬厚分別為：左板19cm×20cm×1cm，右板19cm×20cm×1cm，前板22cm×20cm×1cm，蓋板22cm×19cm×1cm.取左板，在板的中下區(qū)域用鉆孔機鉆兩個直徑分別為1cm和0.5cm的小孔，安裝蜂鳴器和發(fā)光二極管.取右板，在板的中下區(qū)域距下邊約6cm處鉆一個直徑為3cm的圓孔.將四塊板按預先的設計拼裝成矩形箱體，并用螺絲固定.為了方便展示內部結構，蓋板與前板采用合頁連接（如圖5所示）.

4.2.2?杠桿結構的制作與安裝

將長寬約為15cm×5cm的鐵皮（可以使用廢舊的八寶粥罐），用羊角錘錘成圓筒狀，套在長約17cm直徑為1cm的PVC管的一端.在PVC管的另一端用美工刀進行適當切削，套上螺紋夾，固定馬克筆（如圖6所示）.根據杠桿的平衡條件，選取合適的位置用鉆孔機鉆一個直徑為2mm的小孔并在小孔中插一根去頭的鋼釘作為支點.再將杠桿結構穿過箱體右側的圓孔，把鋼釘固定在圓孔內.杠桿結構安裝效果如圖7序號③④⑥⑦所示.

4.2.3?電路連接

按照設計的電路圖將電磁鐵、蜂鳴器、發(fā)光二極管、小馬達等元件接入電路.將蜂鳴器和發(fā)光二極管嵌入左側板上的小孔中，并用熱熔膠固定. 接通電路，多次測試電磁鐵與鐵片的距離，確保每一次通電都能夠成功吸起鐵片，并帶動杠桿裝置另一側的馬克筆能在紙帶上留下清晰的墨跡，最終固定電磁鐵的位置.固定電磁鐵的方式不唯一，較簡單的是用一塊合適的PVC塊做支撐，用熱熔膠固定（如圖9所示）.

4.2.4?安裝紙帶和小馬達

紙帶和小馬達分別安裝在馬克筆的兩邊（如圖8序號③⑥所示）.為了增加摩擦力，將小玩具車輪胎固定在馬達的轉軸上，反復調節(jié)小馬達與底板之間的距離，直到每次小馬達都能準確控制紙帶的移動速度為止（如圖10所示）.

至此，接收裝置的制作基本完成，其中電磁鐵、杠桿裝置和小馬達部分需要多次試驗、多次調節(jié)，以保證其穩(wěn)定性.

5?結束語

自制有線電報機能模擬電報機的工作原理，展示真實的收、發(fā)報過程，具有很強的趣味性.它既可用于多個課題的常規(guī)教學，也可作為創(chuàng)新實驗教學內容.在學習電磁鐵時，可以通過演示發(fā)報過程來引入課題，也可由此來講解電磁鐵的工作特點.在學習串并聯電路時，還可以讓學生探究電報機內部電路結構，提升學生的電路設計能力.

教材是教育理念的承載體，是教育目標的連接體，是最重要的教學資源，對教材的認識不能僅停留在知識內容層面[3].教材上的每一句話、每一幅圖都是編寫者的精心設計.自制有線電報機的靈感來源于教材，是對教材實驗的進一步優(yōu)化.如何將自制有線發(fā)報機應用于課堂教學，使其發(fā)揮最大化的教學功能，則還需回歸教材，針對教學重難點，設計有效的教學活動.

參考文獻：

[1]吳祖仁.義務教育教科書物理（九年級上冊）[M].北京：教育科學出版社，2013：118.

[2]倪祥軍.簡易有線電報機[J].教學儀器與實驗，2005（X2）：35.

[3]張廷凱.走向新的教材觀[J].人民教育，2002（04）：46-48.

（收稿日期：2019-09-12）