安培力綜合實驗探究平臺的製作方法
2023-05-05 04:08:26
安培力綜合實驗探究平臺的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種安培力綜合實驗探究平臺，屬於教育或演示用具；特別是用於演示電磁學中安培力的實驗裝置。該安培力綜合實驗探究平臺，其特徵是：包括支架，顯示安培力存在的電磁運動裝置，提供磁場的永磁裝置，所述的電磁運動裝置由放置在金屬雙導軌的軌道小車和安裝在軌道小車尾部方形線圈組成，所述的提供磁場的永磁裝置為放置在上平板左端的U形磁鐵組件，U形磁鐵組件開口向右平放在位於上平板的長度中心線上的凹槽內，一個磁極在上，另一個磁極在下，上方磁極可穿過方形線圈。本發明可以驗證左手定則，特別是通過控制變量法，定性的驗證安培力、磁感應強度、電流、導線長度的關係。是一種形象直觀、結構簡單的新型教具。
【專利說明】安培力綜合實驗探究平臺
【技術領域】
[0001] 本發明屬於教育或演示用具；特別是用於探究、演示電磁學中安培力的實驗裝置。
【背景技術】
[0002] 有關安培力的創新實驗並不多，尤其是很成功的分組實驗就更少見。學生普遍停 留在空間想像層面上，很少通過實驗，親自經歷和體驗。實驗室有關安培力的傳統演示器 材，即通電方形線圈掛於鐵架臺上，磁鐵靠近，觀察線圈擺動。該實驗器材太簡易，很不方便 操作，很難定格空間位置，對有關安培力空間方位的問題分析造成很大的困難，且控制變量 法無法全面體現。
【發明內容】
[0003] 為了克服現有的實驗設備功能單一，不方便操作，空間方位不易定格，不適合中學 物理實驗探究使用的不足，本發明提供一種安培力綜合實驗探究平臺，該安培力綜合實驗 平臺不僅可以完成以軌道小車為載體的方形線圈在安培力作用下的加速運動，並定格空間 方位，驗證左手定則，特別是可以通過控制變量法，定性的驗證安培力、磁感應強度、電流、 導線長度的關係，效果非常顯著。
[0004] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種安培力綜合實驗探究平臺，其 特徵是：包括支架，顯示安培力存在的電磁運動裝置，提供磁場的永磁裝置，
[0005] 所述的支架包括底座、安裝在底座上的支架立板連接著兩立板的上平板、底板和 安裝在底板下方的器械箱。
[0006] 所述的電磁運動裝置由放置在金屬雙導軌的軌道小車和安裝在軌道小車尾部方 形線圈組成，方形線圈兩端頭與軌道小車車輪、金屬雙導軌、鱷魚夾、導線、開關、學生電源 依次電連接，所述的金屬雙導軌為位於上平板表面相互絕緣的兩平行的金屬板。
[0007] 所述的提供磁場的永磁裝置為放置在上平板左端的U形磁鐵組件，U形磁鐵組件 開口向右平放在位於上平板的長度中心線上的凹槽內，一個磁極在上，另一個磁極在下，上 方磁極可穿過方形線圈。
[0008] 所述的上平板的側邊固定著刻度尺。
[0009] 所述的U形磁鐵組件包括兩塊並列的大U形磁鐵或一獨立塊大U形磁鐵或兩塊並 列的小U形磁鐵。
[0010] 所述的上平板左端的支架立板上裝有水平緩衝彈簧。
[0011] 所述的軌道小車左右兩側的輪子彼此絕緣，前後金屬車軸都是用絕緣材料對接。
[0012] 本發明的使用方法是：
[0013] 1.通過控制變量法，定性的驗證安培力、磁感應強度、電流、導線長度的關係：
[0014] (1)用兩塊並列大U形磁鐵放在位於上平板的長度中心線上凹槽內，將軌道小車 放在靠近磁鐵一端，並讓磁鐵的一極穿過方形線圈，學生電源電壓調至16V，閉合開關，則電 源、金屬雙軌道、線圈、小車兩後輪即形成閉合迴路，方形線圈的水平邊因受安培力，而使軌 道小車加速，依次將電壓調至12V、10V、8V、6V分別觀察軌道小車的運動情況，並分別記錄 其滑行的距離。
[0015] (2)用兩塊並列小U形磁鐵，重複上述操作。
[0016] (3)用一塊獨立大U形磁鐵，重複上述操作。
[0017] 2.驗證左手定則：
[0018] (1)用兩塊並列大U形磁鐵放在位於上平板的長度中心線上凹槽內，將軌道小車 放在靠近磁鐵一端，並讓磁鐵的一極穿過方形線圈，學生電源電壓調至16V，閉合開關，則電 源、金屬雙軌道、線圈、小車兩後輪即形成閉合迴路，方形線圈的水平邊因受安培力，而使加 速器加速，根據磁極明確磁場方向、根據電源極性及線圈的繞向，明確通過線圈水平邊的電 流的方向、根據小車的加速方向明確線圈水平邊所受安培力的方向，看著相關器材的空間 方位，輕鬆確認相關物理量的方向，從而探究、驗證左手定則。
[0019] (2)改變磁場方向，重複上述操作，再驗證。
[0020] (3)改變電流方向，重複上述操作，再驗證。
[0021] 本發明的有益效果是本實驗探究平臺可以完成以軌道小車為載體，方形線圈在安 培力作用下的加速運動，並定格空間方位，方形線圈是通過增加匝數來有效的放大電流，從 而增強安培力的顯示效果的，線圈的匝數多達600多匝，放大思想是物理創新設計的重要 思路，該思想在本實驗平臺中得到充分的體現。本實驗探究平臺可以驗證左手定則，特別是 通過控制變量法，定性的驗證安培力、磁感應強度、電流、導線長度的關係。設備形象直觀、 結構簡單、大方，為中學物理學教學提供了一種新型教具。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的結構示意圖，
[0023] 圖2為圖1的俯視圖。
[0024] 圖中，1.底座，2.金屬雙軌道，3. U形磁鐵組件，4.方形線圈，5.軌道小車，6.刻度 尺，7.鱷魚夾，8.緩衝彈簧，9.學生電源，10.底板，11.開關，12.器械箱，13.支架立板。
【具體實施方式】
[0025] 本發明的【具體實施方式】是，如圖所示：
[0026] 實施例1，一種安培力綜合實驗探究平臺，其特徵是：包括支架，顯示安培力存在 的電磁運動裝置，提供磁場的永磁裝置，
[0027] 所述的支架包括底座1、安裝在底座上的支架立板13連接著兩立板的上平板、底 板10和安裝在底板下方的器械箱12。
[0028] 所述的電磁運動裝置由放置在金屬雙導軌2的軌道小車5和安裝在軌道小車尾部 方形線圈4組成，方形線圈兩端頭與軌道小車車輪、金屬雙導軌、鱷魚夾7、導線、開關11、學 生電源9依次電連接，所述的金屬雙導軌為位於上平板表面相互絕緣的兩平行的金屬板。
[0029] 所述的提供磁場的永磁裝置為放置在上平板左端的U形磁鐵組件3, U形磁鐵組件 開口向右平放在位於上平板的長度中心線上的凹槽內，一個磁極在上，另一個磁極在下，上 方磁極可穿過方形線圈。
[0030] 實施例2,一種安培力綜合實驗探究平臺，其特徵是：包括支架，顯示安培力存在 的電磁運動裝置，提供磁場的永磁裝置，
[0031] 所述的支架包括底座1、安裝在底座上的支架立板13連接著兩立板的上平板、底 板10和安裝在底板下方的器械箱12。
[0032] 所述的電磁運動裝置由放置在金屬雙導軌2的軌道小車5和安裝在軌道小車尾部 方形線圈4組成，方形線圈兩端頭與軌道小車車輪、金屬雙導軌、鱷魚夾7、導線、開關11、學 生電源9依次電連接，所述的金屬雙導軌為位於上平板表面相互絕緣的兩平行的金屬板。
[0033] 所述的提供磁場的永磁裝置為放置在上平板左端的U形磁鐵組件3, U形磁鐵組件 開口向右平放在位於上平板的長度中心線上的凹槽內，一個磁極在上，另一個磁極在下，上 方磁極可穿過方形線圈。
[0034] 所述的上平板的側邊固定著刻度尺6。
[0035] 所述的U形磁鐵組件包括兩塊並列的大U形磁鐵或一獨立塊大U形磁鐵或兩塊並 列的小U形磁鐵。
[0036] 所述的上平板左端的支架立板上裝有水平緩衝彈簧8。
[0037] 所述的軌道小車左右兩側的輪子彼此絕緣，前後金屬車軸都是用絕緣材料對接。
【權利要求】
1. 一種安培力綜合實驗探究平臺，其特徵是：包括支架，顯示安培力存在的電磁運動 裝置，提供磁場的永磁裝置， 所述的支架包括底座、安裝在底座上的支架立板連接著兩立板的上平板、底板和安裝 在底板下方的器械箱。 所述的電磁運動裝置由放置在金屬雙導軌的軌道小車和安裝在軌道小車尾部方形線 圈組成，方形線圈兩端頭與軌道小車車輪、金屬雙導軌、鱷魚夾、導線、開關、學生電源依次 電連接，所述的金屬雙導軌為位於上水平板表面相互絕緣的兩平行的金屬板，金屬雙導軌 上分別連接著鱷魚夾。 所述的提供磁場的永磁裝置為放置在上平板左端的U形磁鐵組件，U形磁鐵組件開口 向右平放在位於上平板的長度中心線上的凹槽內，一個磁極在上，另一個磁極在下，上方磁 極可穿過方形線圈。
2. 根據權利要求1所述的安培力綜合實驗探究平臺，其特徵是：所述的上平板的側邊 固定著刻度尺。
3. 根據權利要求1所述的安培力綜合實驗探究平臺，其特徵是：所述的U形磁鐵組件 包括兩塊並列的大U形磁鐵或一獨立塊大U形磁鐵或兩塊並列的小U形磁鐵。
4. 根據權利要求1所述的安培力綜合實驗探究平臺，其特徵是：所述的上平板右端的 支架立板上裝有水平緩衝彈簧。
5. 根據權利要求1所述的安培力綜合實驗探究平臺，其特徵是：所述的軌道小車左右 兩側的輪子彼此絕緣，前後金屬車軸都是用絕緣材料對接。
6. 權利要求1所述的安培力綜合實驗探究平臺的使用方法，其特徵是:A.通過控制變 量法，定性的驗證安培力、磁感應強度、電流、導線長度的關係： (1) 用兩塊並列大U形磁鐵放在位於上平板的長度中心線上凹槽內，將軌道小車放在 靠近磁鐵一端，並讓磁鐵的一極穿過方形線圈，學生電源電壓調至16V，閉合開關，則電源、 金屬雙軌道、線圈、小車兩後輪即形成閉合迴路，方形線圈的水平邊因受安培力，而使軌道 小車加速，依次將電壓調至12V、10V、8V、6V分別觀察軌道小車的運動情況，並分別記錄其 滑行的距離。 (2) 用兩塊並列小U形磁鐵，重複上述操作。 (3) 用一塊獨立大U形磁鐵，重複上述操作。 B.驗證左手定則： (1) 用兩塊並列大U形磁鐵放在位於上平板的長度中心線上凹槽內，將軌道小車放在 靠近磁鐵一端，並讓磁鐵的一極穿過方形線圈，學生電源電壓調至16V，閉合開關，則電源、 金屬雙軌道、線圈、小車兩後輪即形成閉合迴路，方形線圈的水平邊因受安培力，而使加速 器加速，根據磁極明確磁場方向、根據電源極性及線圈的繞向，明確通過線圈水平邊的電流 的方向、根據小車的加速方向明確線圈水平邊所受安培力的方向，看著相關器材的空間方 位，輕鬆確認相關物理量的方向，從而探究、驗證左手定則。 (2) 改變磁場方向，重複上述操作，再驗證。 (3) 改變電流方向，重複上述操作，再驗證。
【文檔編號】G09B23/18GK104064089SQ201410314683
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月3日 優先權日:2014年7月3日
【發明者】張新宇, 李克, 李懷強 申請人:張新宇