電磁感應實驗儀的製作方法

2023-04-26 13:50:56

專利名稱：電磁感應實驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種物理教學儀器，具體為利用電磁轉換研究在永磁體以不同運動速 度進入及退出閉合導體迴路的過程中，在閉合導體迴路中產生的感應電流的特性及變化規 律，進而研究電磁感應現象的有關特性及規律的儀器。
背景技術：
電磁感應現象是電磁學中最重大的發現之一。當穿過閉合導體迴路的磁通量發生變化 時，閉合導體迴路中就產生感應電流，穿過閉合導體迴路的磁通量變化的越快，在閉合導 體迴路中產生的感應電流越大，感應電流按一定的規律變化，間接遵從法拉第電磁感應定 律，在教學中，要讓學生通過實驗定量測量，進而分析探索認知該規律，至今為止，還未 發現任一家教學儀器廠生產適合該教學內容的實驗儀器。
發明內容
本實用新型提供一種電磁感應實驗儀，該實驗儀既能演示電磁感應現象，定量測量研 究電磁感應現象的有關特性及規律，又能滿足理論與實驗相結合的教學要求。
本實用新型解決其技術問題所採取的技術方案是(參見附圖) 一種電磁感應實驗儀， 由永磁體直線運動調控器15，永磁體ll，閉合導體迴路16，數字示波器14構成；其中，
閉合導體迴路16由直螺線管12和精密電阻R 13並聯連接構成，永磁體與永磁體直線運動 調控器中的金屬連接杆9-2的自由端連接在一起，閉合導體迴路中的直螺線管與永磁體對 齊，保證永磁體能在直螺線管中作往返直線運動，閉合導體迴路中的精密電阻R兩端與數 字示波器14的輸入端連接。
其中永磁體直線運動調控器15，由直流穩壓電源1、滑線變阻電位器2、直流電動機3、 2個皮帶輪、傳動帶5、 4個滾珠軸承、2根圓柱體金屬軸、2個偏心輪、2根金屬連接杆、 定位卡及4個帶夾子的支架構成;直流穩壓電源與滑線變阻電位器2連接成可調分壓電路， 其分壓電路與直流電動機連接； 一個皮帶輪安裝固定在直流電動機的轉動軸上，另一個皮 帶輪安裝固定在一根圓柱體金屬軸的中間，在該金屬軸的左端安裝一個滾珠軸承，在該金 屬軸的右端也安裝一個滾珠軸承，並安裝一個偏心輪，稱該軸為主動軸，在另一根圓柱體 金屬軸的左端安裝一個滾珠軸承，在該金屬軸的右端也安裝一個滾珠軸承，並安裝一個偏 心輪，稱該軸為從動軸，各滾珠軸承的內環與圓柱體金屬軸採用靜配合安裝，各偏心輪與 圓柱體金屬軸也採用靜配合安裝，使它們和各自的圓柱體金屬軸可以一起轉動而不發生滑動現象，將一根金屬連接杆兩端分別與主動軸，從動軸右端上的偏心輪的凸軸連接，採用 動配合連接，將另一根金屬連接杆一端也與從動軸右端上的偏心輪的凸軸連接，也採用動 配合連接，其另一端為自由端，實驗時與永磁體連接，將主動軸、從動軸平行放置在4個 帶夾子的支架上，並用夾子將主動軸、從動軸兩端的滾珠軸承夾緊固定，在保證主動軸作 圓周旋轉運動而從動軸只作圓弧往返轉動運動時，把各支架固定，用傳動帶5將直流電動 機、主動軸上的兩個皮帶輪連接起來，使兩個皮帶輪在同一直線上，在保證直流電動機運 動時，可以帶動主動軸一起轉動的情況下，這時將直流電動機固定，在距離金屬連接杆自 由端6釐米處安裝定位卡，使其只能作縱嚮往返直線運動，不能作橫向左右擺動運動，這 樣就構成了永磁體直線運動調控器；永磁體採用圓柱體磁鋼，閉合導體迴路由直螺線管和 精密電阻R並聯連接構成；圓柱體磁鋼與永磁體直線運動調控器中的金屬連接杆的自由端 連接固定，直螺線管與圓柱體磁鋼對齊，保證該磁鋼可以在直螺線管中作直線往返運動， 這時將直螺線管固定，精密電阻R兩端與數字示波器的信號輸入端連接，這樣就構成了電 磁感應實驗儀。
該實驗儀的電源打開後，調節其中的滑線變阻電位器，可改變直流電動機的轉速，通 過傳動及轉換使圓柱體磁鋼以不同的速度進行往返直線運動，進入及退出直螺線管，在直 螺線管與精密電阻R構成的閉合迴路中產生大小不同的感應電流，其變化情況由數字示波 器用波形顯示出來。
該實驗儀中，選用直流穩壓電源，主要是考慮到要選用直流電動機。選用滑線變阻電 位器，主要是考慮到用它和直流穩壓電源連接成可調分壓電路，其分壓電路與直流電動機 連接，調節分壓的大小，可以改變直流電動機的轉速，通過傳動及轉換，可使圓柱體磁鋼 以不同的速度進行往返直線運動，進入、退出直螺線管，從而在螺線管與精密電阻R並聯 連接構成的閉合迴路中產生大小不同的感應電流。選用兩個皮帶輪和傳動帶，主要是考慮 到要用直流電動機帶動主動軸一起轉動，將兩個皮帶輪分別固定在直流電動機的轉動軸和 主動軸上，用傳動帶將它們連接起來，是實現電動機帶動主動軸一起轉動的方法之一。選 用4個滾珠軸承，主要是考慮到要採用主動軸、從動軸，每根軸需要2個滾珠軸承支承， 利用滾珠軸承，可以使主動軸、從動軸轉動時阻力較小。選用4個帶夾子的支架，主要是 考慮到主動軸、從動軸上的滾珠軸承需要夾緊固定。選用2個偏心輪、2根金屬連接杆， 主要是考慮到由圓周運動轉換出直線運動，將2個偏心輪分別靜配合安裝在主動軸、從動 軸的右端，將一根金屬連接杆兩端分別與2個偏心輪的凸軸動配合連接，將另一根金屬連 接杆的一端也與從動軸上的偏心輪的凸軸動配合連接，其另一端為自由端，實驗中與圓柱實現主動軸每轉動一周，從動軸只能按圓弧往返轉動一次，而 金屬連接杆的自由端按直線往返運動一次，從而由圓周運動轉換出了直線運動。選用定位 卡，主要是考慮到要讓金屬連接杆自由端只能作縱嚮往返直線運動，不能作橫向左右擺動 運動。
該實驗儀中，閉合導體迴路選用直螺線管與精密電阻R並聯連接構成，主要是考慮到 要用示波器顯示出波形進行研究。但示波器不能直接顯示電流信號的波形，只能顯示電壓 信號的波形。在交流電路中，電阻上的電壓與流過該電阻的電流同相位，即兩者間的相位 差為零，可以用示波器顯示電阻上的電壓波形，由此知道電流的波形。選用數字示波器， 主要是考慮到數字示波器有一系列的實用功能，有利於實驗順利進行。
本實用新型的有益效果是用於課堂演示實驗，可以使教室裡各個座位上的學生都能 觀察到電磁感應現象，用於學生在實驗室實驗，可以讓學生用實驗定量測量，對數據進行 處理和分析，探索認知電磁感應現象的有關特性和規律，完善理論與實驗相結合教學，可 解決目前市場上無此類產品而物理實驗教學又需要此類產品的狀況。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明


圖1是本實用新型的原理圖
圖2是本實用新型的結構示意圖
圖中，1-直流穩壓電源，2-滑線變阻電位器，3-直流電動機，4-l和4-2-皮帶輪，5-傳 動帶，6-1、 6-2、 6-3和6-4-滾珠軸承，7-1和7-2-圓柱體金屬軸，8-1和8-2-偏心輪，9-1 和9-2-金屬連接杆，10-定位卡，11-永磁體，12-直螺線管，13-精密電阻R， 14-數字示波器， 15-永磁體直線運動調控器，16-閉合導體迴路，17-1、 17-2、 17-3和17-4-帶夾子的支架。
具體實施方式
實施例l:按附圖所示組裝電磁感應實驗儀
選用24伏3安的成品AC/CD電源模塊作直流穩壓電源1，選用可通過3安電流的滑 線變阻電位器2,選用24伏70瓦的直流電動機3，將直流穩壓電源與滑線變阻電位器連接 成可調分壓電路，將分壓電路與直流電動機連接，選用直徑5釐米的2個皮帶輪4-1和4-2， 2個偏心輪8-l和8-2，選用皮製傳動帶5，選用4個內環直徑1釐米，外環直徑為2釐米 的滾珠軸承6-1、 6-2、 6-3和6-4-， 2根直徑為1釐米長為20釐米的圓柱體金屬軸7-1和 7-2, 2根長30釐米的金屬連接杆9-1和9-2，永磁體11選用圓柱體磁鋼。
將皮帶輪4-2安裝固定在直流電動機3的轉動軸上，將皮帶輪4-1安裝固定在圓柱體金屬軸7-l的中間，在該金屬軸的左端安裝滾珠軸承6-l，在該金屬軸的右端安裝滾珠軸承 6-2，並安裝偏心輪8-l，稱該軸為主動軸；在圓柱體金屬軸7-2的左端安裝滾珠軸承6-3, 在該金屬軸的右端安裝滾珠軸承6-4，並安裝偏心輪8-2，稱該軸為從動軸；各滾珠軸承的 內環與圓柱體金屬軸採用靜配合安裝，各偏心輪與圓柱體金屬軸也採用靜配合安裝，將金 屬連接杆9-1兩端分別與主動軸、從動軸右端上的偏心輪8-1和8-2的凸軸連接，採用動 配合連接，將金屬連接杆9-2的一端與從動軸右端上的偏心輪8-2的凸軸連接，也採用動 配合連接，其另一端與圓柱體磁鋼連接；將主動軸、從動軸平行放置在4個帶夾子的支架 17-1、 17-2、 17-3和17-4上，並用夾子將主動軸、從動軸兩端的滾珠軸承夾緊固定，在保 證主動軸每轉動一周，從動軸只能按圓弧往返轉動一次，而圓柱體磁鋼只能按直線往返運 動一次的情況下，將4個支架固定，用傳動帶5將直流電動機和主動軸上的兩個皮帶輪4-2 和4-l連接起來，使兩個皮帶輪在同一直線上，在保證直流電動機運轉時，可以帶動主動 軸一起轉動的情況下，將直流電動機固定，在距金屬連接杆9-2與圓柱體磁鋼連接點6釐 米處安裝定位卡IO，要保證磁鋼只能作縱嚮往返直線運動，不能作橫向左右擺動運動，定 位卡10選用軸承，直螺線管12用漆包線繞成，其圈數至少為500圈，精密電阻R 13取 IO歐姆，將它們並聯連接構成閉合導體迴路，把直螺線管與圓柱體磁鋼對齊，在保證該磁 鋼可以在直螺線管中作往返直線運動的情況下，將直螺線管固定，最後將精密電阻R兩端 與數字示波器14的輸入端連接。
權利要求1、一種電磁感應實驗儀，其特徵是，它由永磁體直線運動調控器(15)，永磁體(11)，閉合導體迴路(16)和數字示波器(14)構成；其中，閉合導體迴路(16)由直螺線管(12)和精密電阻R(13)並聯連接構成，永磁體(11)與永磁體直線運動調控器(15)中的金屬連接杆(9-2)的自由端連接在一起，閉合導體迴路(16)中的直螺線管(12)與永磁體(11)對齊，保證永磁體(11)能在直螺線管(12)中作往返直線運動，閉合導體迴路(16)中的精密電阻R(13)兩端與數字示波器(14)的輸入端連接。
2、 根據權利要求1所述的電磁感應實驗儀，其特徵是，永磁體直線運動調控 器(15)，由直流穩壓電源(1)、滑線變阻電位器(2)、直流電動機(3)、 2個皮 帶輪(4-1、 4-2)、傳動帶(5)、 4個滾珠軸承(6-1、 6-2、 6-3、 6-4)、 2根圓柱 體金屬軸(7-1、 7-2)、 2個偏心輪(8-1、 8-2)、 2根金屬連接杆(9-1、 9-2)、定 位卡(10)及4個帶夾子的支架(17-1、 17-2、 17-3、 17-4)構成；直流穩壓電源(1)與滑線變阻電位器(2)連接成可調分壓電路，其分壓電路與直流電動機連 接；皮帶輪(4-2)安裝固定在直流電動機的轉動軸上，皮帶輪(4-1)安裝固定 在圓柱體金屬軸(7-l)的中間，在該金屬軸的左端採用靜配合安裝滾珠軸承(6-l)， 在該金屬軸的右端也採用靜配合安裝滾珠軸承(6-2)，並安裝偏心輪(8-1)，該 金屬軸為主動軸，在圓柱體金屬軸(7-2)的左端採用靜配合安裝滾珠軸承(6-3)， 在該圓柱體金屬軸的右端也採用靜配合安裝滾珠軸承(6-4)，並安裝偏心輪(8-2)， 該金屬軸為從動軸，金屬連接杆(9-1)兩端分別與主動軸，從動軸右端上的偏心 輪的凸軸連接，採用動配合連接，金屬連接杆(9-2) —端與從動軸右端上的偏心 輪的凸軸連接，也採用動配合連接，其另一端為自由端，與永磁體連接，主動軸、 從動軸平行放置在4個帶夾子的支架上，並用夾子將主動軸、從動軸兩端的滾珠 軸承夾緊固定，在距離金屬連接杆(9-2)自由端6釐米處安裝定位卡(10)，保 證它只能作縱嚮往返直線運動，不能作橫向左右擺動運動，直流電動機轉動軸上 的皮帶輪與主動軸上的皮帶輪安放在同一直線上，並由傳動帶連接起來。
3、 根據權利要求1所述的電磁感應實驗儀，其特徵是，永磁體(11)為圓柱 體磁鋼，它與金屬連接杆(9-2)的自由端連接在一起。
專利摘要一種電磁感應實驗儀，它由永磁體直線運動調控器(15)，永磁體(11)，閉合導體迴路(16)和數字示波器(14)構成；永磁體與永磁體直線運動調控器中的金屬連接杆(9-2)的自由端連接在一起，閉合導體迴路中的直螺線管(12)與永磁體對齊，保證永磁體能在直螺線管中作往返直線運動，閉合導體迴路中的精密電阻R(13)兩端與數字示波器的輸入端連接。調節調控器中滑線變阻電位器(2)可改變直流電動機(3)的轉速，通過傳動及轉換，可以使永磁體以不同的速度進行往返直線運動，進入及退出直螺線管，在閉合導體迴路中產生大小不同的感應電流，其變化情況由示波器用波形顯示出來，進而可研究電磁感應現象的有關特性和規律。
文檔編號G09B23/18GK201374140SQ20092008403
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月9日 優先權日2009年3月9日
發明者周宗運 申請人:華中師範大學