创客技术助力科学实验系列 | 电磁铁
教科版小学科学六年级上册的第三单元的内容为《能量》,主要学习电磁铁和能量。其中，在电磁铁部分，安排了一些演示实验和分组实验。在常规实验中，主要通过观察是否影响指南针的指向来感受是否产生了磁力，通过观察吸起的回形针的多少来感受磁力的大小。引进创客技术来改进实验方案，可以让实验条件与结果的相关性更加显著，还能对实验结果进行量化，以便为实验结果分析提供更充分的依据。本案例选取了其中的两次实验进行展示，其他的实验仍可使用制作好的磁力检测仪结合常规实验方法完成。
总实验方案
利用 micro:bit作为主控板*，通过外接磁感应传感器、LED灯、显示屏等模块搭建制作磁感应灯、磁力检测仪等装置，并结合常规的实验材料和方法进行创新性实验。
*选择micro:bit作为主控板，是因为其板载了磁力计模块；使用其他主控板可能需要外接磁力计模块。
材料准备
【创客器材清单】
（1）3.6V电池及电池盒 1套
（2）micro:bit1块
（3）IO扩展板 1块
（4）磁感应传感器 1个
（5）LED灯1个
（6）显示屏 1个
【科学实验材料】
（1）开关 1个
（2）电池盒2个
（3）电池 2节
（4）铁钉1根
（5）漆包线1卷
（6）砂纸 1片
（7）磁钉 1个
（8）导线 4根
实验活动一：通电线圈
01 实验方案
在micro:bit主控板上连接一个磁感应传感器和一个LED灯，再通过编程制作一个磁感应灯，当检测到周围环境中有一定的磁力时会自动亮起，否则为熄灭状态。
使用电池、开关、线圈等材料搭建好电路，将线圈靠近磁感应传感器，观察开关打开和闭合状态下LED灯的状态，从而感知电流通过线圈能产生磁场的现象。
02 实验过程
【连接电路】
使用其中的1节电池、1个电池盒、3根导线和开关、线圈连接成一个电路。注意，漆包线的两头需要使用砂纸进行打磨。
【制作磁感应灯】
先将micro:bit主控板按标识指示的方向插入扩展板插槽中，然后将磁感应传感器连接到引脚P1、LED灯连接到引脚P8上，并将板载蜂鸣器开关置于打开状态。
有条件的还可以制作一个底座，以便更好的固定电子模块，如上图所示。最后，接上电池，等待上传程序后调试。
使用Mind+软件进行编程，示例程序如上图所示。要实现的功能是：当磁感应传感器检测到一定强度的磁力（引脚P1输入值为1）时，让LED灯亮起，并通过蜂鸣器（默认引脚为P0）发出声音；否则，LED灯和蜂鸣器都不工作。
将程序上传到主控板后，打开电池盒和扩展板的电源开关，将磁钉放置在磁感应传感器边。如果LED灯和蜂鸣器都正常工作，则表明该磁感应灯制作成功。
【进行实验】
将开关置于断开状态，观察LED灯状态。
开关置于闭合状态，观察LED灯状态。
03 实验分析
当开关处于断开状态时，LED灯没有亮起；当开关处于闭合状态时，LED灯亮起，说明当电流通过线圈时产生了磁场。
实验活动二：电磁铁的磁力
01 实验方案
在micro:bit主控板上连接一个显示屏，并利用板载的磁力计模块，再通过编程制作一个磁力检测仪，用来检测所处环境中的磁力的大小。
使用铁钉和漆包线自制电磁铁，分别检测在不同条件下（线圈圈数、电流强度等）电磁铁的磁力的强度变化，从而找出可改变电磁铁磁力大小的因素。
02 实验过程
【制作磁力检测仪】
将显示屏模块连接到扩展板上的IIC引脚。
可以制作一个支架将显示屏固定在底座上。还可以制作一个电磁铁支架，实验时用来放置电池铁。设计支架的高度时需要参照micro:bit主控板板载的磁力计模块的位置（如下图所示），以达到较好的检测效果。
使用Mind+软件进行编程，示例程序如图15所示。要实现的功能是：每隔1秒检测一次磁力值，并将结果显示在显示屏上。
将程序上传到主控板上，打开电源，测试磁力检测仪，看能否正常工作。
【进行实验】
【验证电磁铁磁力是否与线圈圈数有关】
将漆包线按同一方向缠绕在铁钉上，制成电磁铁。前后分多次，分别制作圈数不同的电磁铁。本实验中，制作了10圈、20圈、30圈三种电磁铁。
将制作好的电磁铁接到电路中，然后靠近micro:bit的磁力计模块，合上开关，观察并记录磁力值。
前后共进行了三次，分别对线圈为10圈、20圈、30圈的电磁铁进行检测，结果如图19所示，分别为515μT、1196μT、1443μT。
实验分析：
在相同电源条件下，也就是在电流相同的条件下，改变电磁铁线圈的圈数后，我们会发现：线圈圈数多，磁力大；线圈圈数少，磁力小。
【验证电磁铁磁力是否与电流大小有关】
保持上一次实验的条件不变，即使用1节电池作为电源，电磁铁线圈的圈数仍是30圈。检测结果如下图所示，磁力值为1474μT。
在原来的电路中再串联1节电池，使电源变成2节电池，电磁铁保持不变。再次检测磁力值，检测结果如下图所示，磁力值为2184μT。
实验分析：
在电磁铁不变条件下，也就是在电磁铁线圈圈数相同的条件下，改变电流的大小后，我们会发现：电流大，磁力大；电流小，磁力小。
后记
电和磁的关系是非常奇妙的，很多小朋友都乐于研究。根据本案例的思路，相信小朋友们还可以继续研究出更多的电磁铁的性质。
最后提醒大家的是，做这个实验很消耗电池，所以尽量在做好充分准备后快速完成检测工作，然后断开开关；而且通电后的线圈和导线等都会产生一定的热量，不要用手直接触碰电路中裸露的金属部件。建议在老师或家长的指导下完成！
纠正一下，是线圈匝数 帅猫 发表于 2021-8-31 10:34
纠正一下，是线圈匝数
小学科学教材上用的是圈数 为什么我的用mind+加载了microbit模块后，有些功能和语句找不到，比如在读取的时候就找不到磁力强度相关语句，显示屏的也和你的参考程序有差异。 林甲烷 发表于 2021-10-12 20:35
为什么我的用mind+加载了microbit模块后，有些功能和语句找不到，比如在读取的时候就找不到磁力强度相关语 ...
读取磁力值在“板载传感器”下，应该都有的。显示屏的你要看你的显示屏的类型。你的混着用了
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