一種定量測量安培力演示儀的製作方法

2023-05-29 17:57:06

專利名稱：一種定量測量安培力演示儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種教學工具，具體涉及ー種定量測量安培力演示儀。
背景技術：
高中教材中現有的安培力演示儀通過通電導線在磁場中的偏轉角度來顯示安培力的存在，只能定性地演示安培力的大小與電流強度、導線長度和磁感應強度的關係，不能測出安培力F和磁感應強度B的大小。無法讓學生對安培力有更直觀的了解，達不到滿意的課堂教學效果。 發明內容為了克服現有技術的不足，本實用新型提供了一種結構合理、可直接測出安培力F的大小以及可定量說明安培力F與磁感應強度B、電流I、導線長度L的正比關係的定量測量安培力演不儀。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是ー種定量測量安培力演示儀，包括底座，其特徵在於所述底座上設有南北磁極，南北磁極的之間設有導電線，導電線的兩端分別通過連接杆與一轉軸連接，所述轉軸上設有向外照射的雷射燈和已知彈性係數的復位彈簧，導電線的兩端分別通過兩個接線端子與外部電氣元件連接，所述雷射燈發射出的光線照射在一刻度盤上。在本實用新型中，所述轉軸豎直地安裝在底座上，轉軸的兩端分別鉸接在底座和一立式支架上。在本實用新型中，所述復位彈簧為一遊絲並位於轉軸的上端和/或下端。在本實用新型中，所述兩個接線端子分別位於轉軸的兩端。在本實用新型中，所述南北磁極由U型磁鐵、電磁鐵或兩個相對放置的永久磁鐵產生。在本實用新型中，所述南北磁極安裝在一支承座上，支承座安裝在底座上。 在本實用新型中，所述導電線和連接杆一體成型。本實用新型的有益效果是本實用新型利用轉軸把安培力的測量轉換為角度的測量，導電線只要受到微小的安培力，轉軸就可以轉動一定的角度，由於角度的測量誤差較大，因此再利用雷射燈把角度的測量轉換為距離的測量，只要測量出雷射燈光源與刻度盤的距離d和光斑移動的距離s就可以計算出轉動的角度Θ，進ー步計算出安培力的大小F=k Θ =ks/d (k為復位彈簧的弾性係數)。利用這個演示儀可以探究安培力和電流強度I、有效導線長度L和磁感應強度B的關係，操作方便、簡單，可大規模普及應用。
以下結合附圖
和實施方式對本實用新型進ー步說明圖I是本實施例的結構示意圖；[0015]圖2為圖I的右視圖；圖3為本實施例的電路連接圖。
具體實施方式
參照圖I至圖3，本實施例所提供的一種結構合理、可直接測出安培力F、磁感應強度B的大小以及可定量說明安培力F與磁感應強度B、電流I、導線長度L的正比關係的定量測量安培力演示儀，包括底座1，所述底座I上設有南北磁極2，南北磁極2的之間設有導電線3，導電線3的兩端分別通過連接杆4與ー轉軸5連接，所述轉軸5上設有向外照射的雷射燈6和已知彈性係數的復位彈簧7，導電線3的兩端分別通過兩個接線端子8與外部電氣元件連接，所述雷射燈6發射出的光線照射在一刻度盤9上。作為優選的實施方式，所述轉軸5豎直地安裝在底座I上，轉軸5的兩端分別鉸接在底座I和一立式支架10上，該立式支架10包括一立柱和安裝在立柱上端的橫梁，立柱安裝在底座I上，轉軸5的一端鉸接橫梁上。為了減少摩擦力，増加其測量精度，轉軸5與底 座I和橫梁的鉸接位置設有軸承或套筒等。當然，在這裡，所述轉軸5亦可水平地安裝在底座I，轉軸5繞水平軸線轉動，具有相同的技術效果，是其同等的技術方案。進ー步，所述復位彈簧7為已知弾性係數k的遊絲，為了方便安裝和製作，該遊絲可位於轉軸5的上端和/或下端，在本實施例中，遊絲位於轉軸5的上端。進ー步，為了方便操作，所述兩個接線端子8分別位於轉軸5的兩端，電線從轉軸5的端部穿出，減少電線對轉軸5轉動的影響，增強精度。通過兩個接線端子8可與電流表、滑動變阻器、電池電源等外部電氣元件連接。進ー步，所述南北磁極2由U型磁鐵、電磁鐵或兩個相對放置的永久磁鐵產生，在本實施例中，南北磁極2由多個U型磁鐵堆疊產生，通過增加或減少U型磁鐵的數量，可控制導電線3的有效長度，可進行多次試驗。所述南北磁極2安裝在一支承座11上，支承座11安裝在底座I上。進一歩，為了方便生產和製造，所述導電線3和連接杆4 一體成型，均為電線製成，由於電線均有一定的剛度，因此可作為連接杆。本實施例中，所述導電線3與連接杆4形成門型線框。在此處，連接杆4亦可為塑料杆、鐵桿等均有一定剛度的連接件。本實用新型的操作說明I、探究安培力F與電流強度I的關係打開雷射燈6，使雷射燈6的光斑對準刻度盤9上的「O」刻度，在支承座11平放三個U型磁鐵，接通電路，把6V直流電源、滑動變阻器、安培表、開關通過接線端子8與導電線3串聯起來，觀察雷射燈6光斑的移動。調節滑動變阻器的電阻，改變電流強度I，記錄電流大小I和光斑移動的距離S，畫出s-I圖線，而安培力F與s成正比F=k Θ =ks/d,得出安培力F與電流強度I的正比關係。2、探究安培力與導線有效長度的關係U型磁鐵的磁場主要分布在中間正對區域，所以導電線3受カ的有效長度等於磁鐵的寬度L，接通電路後，通以一定的電流，在支承座11上分別放上一、ニ、三、四個U型磁鐵，記錄雷射光斑移動的距離，畫出S-L圖線，而安培力F與s成正比F=k Θ =ks/d，得出安培力F與有效導線長度L的正比關係。[0028]3、探究安培力與磁感應強度的關係在支承座11上放上可調節電磁鐵，接通電路，通以一定的電流，調節電磁鐵的電流，改變電磁鐵的磁場，電流的大小反應磁感應強度的大小B，記錄雷射光斑移動的距離S，畫出s-B圖線，而安培力F與s成正比F=k Θ =ks/d，得出安培力F與磁感應強度大小B的正比關係。4、測量磁感應強度轉軸5上所用的遊絲的轉動係數k已知，導電線3所受安培力與轉軸5轉動的角度成正比，F=k0，在角度Θ很小的情況下，雷射光斑移動的距離與角度成正比，設光斑移動的距離為s，光斑與光源的距離為d，則s=d0，所以安培力F=ks/d=BIL，則B= ks/ BIL，只要測量出電流強度I、有效導線長度L、光源與刻度盤9的距離和光斑移動的距離d，就可以計算出磁鐵的磁感應強度。以上所述僅為本實用新型的優先實施方式，只要以基本相同手段實現本實用新型目的的技術方案都屬於本實用新型的保護範圍之內。權利要求1.ー種定量測量安培力演示儀，包括底座(I)，其特徵在於所述底座(I)上設有南北磁極(2)，南北磁極(2)的之間設有導電線(3)，導電線(3)的兩端分別通過連接杆(4)與一轉軸(5)連接，所述轉軸(5)上設有向外照射的雷射燈(6)和已知彈性係數的復位彈簧(7)，導電線(3)的兩端分別通過兩個接線端子(8)與外部電氣元件連接，所述雷射燈(6)發射出的光線照射在一刻度盤(9)上。
2.根據權利要求I所述的ー種定量測量安培力演示儀，其特徵在於所述轉軸(5)豎直地安裝在底座(I)上，轉軸(5)的兩端分別鉸接在底座(I)和一立式支架(10)上。
3.根據權利要求2所述的ー種定量測量安培力演示儀，其特徵在於所述復位彈簧(7)為遊絲並位於轉軸(5)的上端和/或下端。
4.根據權利要求2所述的ー種定量測量安培力演示儀，其特徵在於所述兩個接線端子(8)分別位於轉軸(5)的兩端。
5.根據權利要求I所述的ー種定量測量安培力演示儀，其特徵在於所述南北磁極(2)由U型磁鐵、電磁鐵或兩個相對放置的永久磁鐵產生。
6.根據權利要求I所述的ー種定量測量安培力演示儀，其特徵在於所述南北磁極(2)安裝在一支承座(11)上，支承座(11)安裝在底座(I)上。
7.根據權利要求I所述的ー種定量測量安培力演示儀，其特徵在於所述導電線(3)和連接杆(4) 一體成型。
專利摘要本實用新型提供了一種定量測量安培力演示儀，包括底座，所述底座上設有南北磁極，南北磁極的之間設有導電線，導電線的兩端分別通過連接杆與一轉軸連接，所述轉軸上設有向外照射的雷射燈和已知彈性係數的復位彈簧，導電線的兩端分別通過兩個接線端子與外部電氣元件連接，所述雷射燈發射出的光線照射在一刻度盤上。利用這個演示儀可以探究安培力和電流強度I、有效導線長度L和磁感應強度B的關係，操作方便、簡單，可大規模普及應用。
文檔編號G09B23/18GK202434103SQ20112048822
公開日2012年9月12日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者楊嚴輝 申請人:楊嚴輝