STEM案例 磁场探测器
指导老师：杨阳叶子彤
在一次实验操作课后，我们发现同学所用的一些磁铁会掉在地上或者弄不见，又想起家里的一些属于磁铁的小物件，如冰箱贴甚至妈妈的包包扣都很容易不见，于是我们想设计一个可以用来寻找磁铁的探测器，解决磁铁寻找的问题从而方便生活。
如何让仪器识别磁铁？我们首先思考了磁铁探测器以什么样的方法进行磁铁探测的，继而思考可以用什么样的方法达到这个目的。经过查阅资料和思考，我们认为在磁场探测器中，应将电路中串入干簧管，用干簧管当做开关，磁铁靠近的时候，电路接通，蜂鸣器就会报警，还可以并联或串联一个发光二极管，同时有灯光闪烁。干簧片的作用相当与一个磁通导体。在尚未操作时，两片簧片并未接触；在通过永久磁铁或电磁线圈产生的磁场时，外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性，当磁力超过簧片本身的弹力时，这两片簧片会吸合导通电路；当磁场减弱或消失后,干簧片由于本身的弹性而释放，触面就会分开从而打开电路。当有磁铁靠近开关时，电路接通，蜂鸣器会发声，同时发光二极管会亮灯。
思考完成后我们发现我们需要学习干簧管、蜂鸣器、发光二极管等元器件的应用和电路的基础知识。首先是干簧管、蜂鸣器、发光二极管等元器件的应用：
1.干簧管。干簧管是一个通过所施加的磁场操作的电开关。干簧管基本型式是将两片磁簧片密封在玻璃管内，两片虽重叠，但中间间隔有一小空隙。当外来磁场时将使两片磁簧片接触，进而导通。一旦磁体被拉到远离开关，磁簧开关将返回到其原来的位置。
2.蜂鸣器。蜂鸣器是一种把警示电信号转换成人耳能够感知的电声转换装置，蜂鸣器的发声原理由振动装置和谐振装置组成。根据蜂鸣器的不同种类，其工作电源也不同，有的接直流，如汽车上用的电喇叭；有的接交流，有的需要接在特定的电子电路中。
3.发光二极管。发光二极管简称为LED。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
然后我们需要了解电路符号和名称。我们学习了电路图的概念，明白电路图是指用电路元件符号代表电路连接的图；同时我们还学习电路中最基本各种元件符号。
在进行基础知识的学习后我们就可以设计方案了！我们决定利用干簧管、蜂鸣器、发光二极管设计一个简易磁场探测器。将电路中串入干簧管，用干簧管当做开关，磁铁靠近的时候，电路接通。蜂鸣器就会报警，还可以并联或串联一个发光二极管，同时有灯光闪烁。
我们的设计任务是进行电路设计，电路元器件的选择和拼接电路。设计成果应该是一份设计电路图和一块电路板。设计步骤如下：
第一步：将发光二极管的正极（长脚）连接电线，电线的另一端连接电池正极；
第二步：电池的负极连接电线，电线的另一端连接干簧管，再连电线，再连上蜂鸣器的负极（短脚）；
第三步：将蜂鸣器与电线连接起来，电线的另一端连接发光二极管的负极；
第四步：把磁铁放在干簧管上，二极管亮起来，蜂鸣器也响了起来。
我们设计的电路图（如右图）：
2018年11月9日在体育西路小学东校区美术室，我们完成了磁力探测器的具体制作。比赛之前，我们还对磁力探测器进行了美化，做成了一个海绵宝宝的外形。
完成磁力探测器项目后，我们认识了基本电路符号和名称，也能看懂基本的电路图；了解了干簧管的原理：在密封的玻璃管里装着两根铁片，两根铁片距离很近，但不接触，当磁铁靠近时，铁片被磁化，互相吸引，两根铁片连通，电流就可以通过，移开磁铁，两根铁片就断开。也学习了蜂鸣器和发光二极管的工作原理和应用。明白到做实验需要耐心和细心，搭建电路时需要逻辑思考先后顺序，分清正负极。电路搭建后要学会做测试，发现实验失败的原因，进而修改实验。
此项目在广州市天河区中小学STEM项目优秀案例展评活动中荣获学生组二等奖。
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