CN201812420U - 安培力及磁感应强度实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种安培力及磁感应强度实验仪，包括直流电源、底座、竖直固定在该底座上的主板、一根直导体和蹄形磁铁组合器，所述主板的工作侧面水平固定有一悬挂架和一支撑平台，所述悬挂架位于所述支撑平台的上方；所述直导体被水平悬挂在悬挂架的下方并垂直于主板，蹄形磁铁组合器安放在支撑平台上，直导体的两端恰好从蹄形磁铁组合器的匀强磁场中穿出，直导体靠近主板的一端设有向下延伸的指针；支撑平台的下方设有与所述指针相配合的安培力指示盘。本实用新型结构紧凑、制作成本低廉、使用方便。

Description

安培力及磁感应强度实验仪

技术领域

本实用新型涉及物理教学中使用的实验装置，尤其涉及一种向学生演示通电直导体在磁场中受到安培力的实验仪。

背景技术

目前高中物理中“安培力·磁感应强度”一节实验教学迫切需要能够运用变量控制法完整进行实验探究安培力规律(F＝BIL)，且能进行定量描述，在此基础上运用比值研究法建立表征匀强磁场力的特性的磁感应强度概念(对于同一匀强磁场B＝F/IL的比值是确定的)的实验仪器，但是至今教育部教学仪器研究所制定的《中学理科教学仪器配备目录》中还没有关于“安培力·磁感应强度”一节实验教学的实验仪器。目前这节内容的实验教学，物理教师们主要是说实验讲实验，演示的实验只能对电流大小进行变量控制来定性描述安培力的大小与电流大小的关系，同时采用对调电源正负极来演示安培力的方向与电流的方向有关，其实验装置都是临时组装，通常由电源、开关、直流电流表、滑动变阻器、支架、蹄形磁铁和直导体等部件组成。目前的实验技术无法完整地探究出安培力规律，在此基础上用比值研究法建立磁感应强度概念只能是空谈了，是因为目前的实验技术存在以下的缺陷和不足：一是单个蹄形磁铁提供的匀强磁场的空间范围太窄小了，不能满足直导体上的有效长度全部处于匀强磁场中；二是直导体上只有两个电连接端点，对载流直导体的长度无法进行变量控制；三是实验装置的部件零散，稳定性能差，操作不方便。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：

1、提供一种组装成整体的安培力及磁感应强度实验仪，能拓宽匀强磁场的空间范围并解决现有的实验装置零散布置状况。

2、提供一种组装成整体的安培力及磁感应强度实验仪，能方便的改变通过直导体中的电流大小。

3、提供一种组装成整体的安培力及磁感应强度实验仪，能方便的改变通过直导体中的电流方向。

4、提供一种组装成整体的安培力及磁感应强度实验仪，能改变直导体的有效实验长度。

本实用新型的技术方案是：

为解决技术问题1，提供一种安培力及磁感应强度实验仪，包括直流电源，其关键在于，还包括一底座、竖直固定在该底座上的主板、一根直导体和蹄形磁铁组合器，所述主板的工作侧面水平固定有一悬挂架和一支撑平台，所述悬挂架位于所述支撑平台的上方；所述直导体被水平悬挂在悬挂架的下方并垂直于主板，蹄形磁铁组合器安放在支撑平台上，直导体的两端恰好从蹄形磁铁组合器的匀强磁场中穿出，直导体靠近主板的一端设有向下延伸的指针；支撑平台的下方设有与所述指针相配合的安培力指示盘。

进一步，所述蹄形磁铁组合器包括多块相同的蹄形磁铁和一安装座，多块蹄形磁铁的相同磁极位于相同一侧，并排固定在安装座上共同形成匀强磁场。

为解决技术问题2，直导体与直流电源之间串联有滑动变阻器。

为解决技术问题3，直流电源的两端连接到一换向开关，该换向开关固定在主板的工作侧面。

为解决技术问题4，直导体上等距设有四个电连接端点，其中，靠近直导体端部的一个电连接端点与换向开关的一接线柱连接，另外三个电连接端点分别通过导线与选择开关连接，该选择开关连接到换向开关的另一接线柱，所述选择开关固定在主板的工作侧面。

为能直观的显示直导体中的电流大小，直流电源串联有一电流表。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型包括一底座、竖直固定在该底座上的主板、一根直导体和蹄形磁铁组合器，主板的工作侧面水平固定有一悬挂架和一支撑平台，悬挂架位于支撑平台的上方，支撑平台的下方设有安培力指示盘，结构紧凑、制作成本低廉、使用方便；并且由于实用了蹄形磁铁组合器，从而克服了现有实验中的单个蹄形磁铁匀强磁场不宽的缺点，增大了匀强磁场的空间范围，优化了实验效果。

2、由于直导体与直流电源之间串联有滑动变阻器，因此可以改变通过直导体中的电流大小，方便的研究直导体所受安培力大小与电流大小之间的关系。

3、直流电源的两端连接到一换向开关，换向开关固定在主板的工作侧面，因此可以改变通过直导体中的电流方向，方便的研究直导体所受安培力的方向与电流方向之间的关系。

4、由于直导体上等距设有四个电连接端点，其中，靠近直导体端部的一个电连接端点与换向开关的一接线柱连接，另外三个电连接端点分别通过导线与选择开关连接，该选择开关连接到换向开关的另一接线柱，所述选择开关固定在主板的工作侧面，通过拨动选择开关可以选择接入到电路中的直导体的有效长度，从而方便的研究直导体所受安培力大小与直导体有效长度间的关系。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为本实用新型中蹄形磁铁组合器结构示意图；

图4为本实用新型中支撑平台结构示意图；

图5为本实用新型电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

参见图1～图4，一种安培力及磁感应强度实验仪，包括直流电源，底座1、竖直固定在该底座上的主板2、一根直导体3、蹄形磁铁组合器4、一悬挂架5、一支撑平台6、用于指示出直导体3所受到的安培力大小的指针7、安培力指示盘8、滑动变阻器9、改变通过直导体中电流方向的换向开关10和用于选择直导体中有电流通过的长度段的选择开关11。悬挂架5和支撑平台6水平固定在主板的2工作侧面，悬挂架5位于支撑平台6的上方，支撑平台6与底座1之间设有两块加强板13，加强板13使得支撑平台6更加牢固的固定在主板2上；悬挂架5的下侧面两端对称设有两个转轴孔，两根吊杆12的底端分别与直导体3的两端固定，两根吊杆12的顶端分别转动挂接在悬挂架5的转轴孔中，此时直导体3被水平悬挂在悬挂架5下方。蹄形磁铁组合器4包括三块相同的蹄形磁铁4a和一绝缘安装座4b，三块蹄形磁铁4a的相同极位于相同一侧，三块蹄形磁铁4a并排镶嵌固定在安装座4b上共同形成匀强磁场。蹄形磁铁组合器4安放在支撑平台6上，直导体3恰好穿过磁铁组合器4的匀强磁场，直导体3的两端从蹄形磁铁组合器4的匀强磁场中穿出。支撑平台6成“凹”字形，支撑平台6的凹形缺口靠近主板2的工作侧面形成供指针7摆动的空间，直导体3靠近主板的一端设有向下延伸的指针7，指针7向下穿过支撑平台6的凹形缺口，在支撑平台6的下方设有与指针7相配合的安培力指示盘8。直导体3与直流电源之间串联有滑动变阻器9。直流电源的两端连接到一换向开关10，该换向开关10固定在主板2的工作侧面。直导体3上等距设有四个电连接端点，其中，靠近直导体端部的一个电连接端点与换向开关10的一接线柱连接，另外三个电连接端点分别通过导线与选择开关11连接，且该选择开关11连接到换向开关10的另一接线柱，选择开关11固定在主板2的工作侧面。直流电源串联有一电流表。

参见图5，本实用新型的电路是这样连接的：直流电源的正极与电流表的输入端连接，换向开关10是一个双刀双掷开关，其第1接线柱与第6接线柱对角线电连接，第3接线柱与第4接线柱对角线电连接，电流表的输出端与换向开关10的第2接线柱连接，换向开关10的第3接线柱连接到直导体3左端的第一个电连接端点，直导体3左端的第二个电连接端点与选择开关11的第1接线柱连接，直导体3左端的第三个电连接端点与选择开关11的第2接线柱连接，直导体3右端的第一个电连接端点与选择开关11的第3接线柱连接，选择开关11的第4、第5、第6接线柱相互连通并与换向开关10的第6接线柱相连，换向开关10的第5接线柱与直流电源的负极之间连接滑动变阻器9。

本实用新型原理如下：

通电直导体在匀强磁场中受到的安培力规律为：F＝BIL，在教学中需要向学生展示安培力F与磁场强度B、电流I以及直导体长度L的关系。

首先探究安培力F大小与电流I大小的关系：滑动变阻器9经换向开关与直导体3电连接，通过调节滑动变阻器9，可以探究得出直导体3中的电流越大，载流直导体在匀强磁场中所受的安培力就越大，即能够对电流大小进行变量控制来定量描述安培力的大小与电流大小的关系。

接下来探究安培力F与直导体长度L的关系：直导体3上有四个接铜丝的间距相等的电连接端点，把直导体分成了三等份，在选择开关11中，仅闭合连接选择开关11的第1、第4接线柱，电流只通过直导体3左端的第一个电连接端点与第二个电连接端点间的一个等份；闭合连接选择开关11的第2、第5接线柱，电流通过直导体3左端的第一个电连接端点与左端的第三个电连接端点间的两个个等份；若闭合连接选择开关11的第3、第6接线柱，电流只通过直导体3左端的第一个电连接端点与直导体3右端的第一个电连接端点之间的三个等份，在保持磁场强度不变和直导体中电流为一定值时，前述三次闭合开关，可以探究得出载流直导体的长度越大，匀强磁场对载流直导体所产生的安培力就越大，即能够对载流直导体的长度进行变量控制来定量描述安培力的大小与载流直导体的长度大小的关系。

接下来探究安培力F与磁场强度B的关系：磁体组合器为直导体提供了充足的匀强磁场的空间范围，且能确保直导体所在的框架在匀强磁场的空间范围内自由摆动，准备两个磁场强弱不同的磁体组合器，两个磁场强弱不同的磁体组合器分别各由三个同规格同型号的蹄形磁铁按照磁极相同和同磁极间等间距的要求平排镶嵌在安装座中组合而成的，两个磁体组合器产生的磁场方向相反。在进行实验探究中，变换磁体组合器就可以改变匀强磁场的方向和磁感应强度大小，即可探究安培力的方向与磁场方向的关系，以及对磁感应强度大小进行变量控制来定量描述安培力的大小与磁感应强度大小的关系。

最后探究安培力F方向与电流I的方向的关系：换向开关10是一个双刀双掷开关，其第1接线柱与第6接线柱对角线电连接，第3接线柱与第4接线柱对角线电连接，换向开关10的第2接线柱电连接到直流电流表，换向开关10的第5接线柱电连接到滑动变阻器。换向开关10具有两种状态：第一，当换向开关10的第2接线柱与第3接线柱连接，同时换向开关10的第5接线柱与第6接线柱连接；第二，当换向开关10的第2接线柱与第1接线柱连接，同时换向开关10的第5接线柱与第4接线柱连接，从而实现直导体中的电流反向，从而定性描述安培力的方向与电流方向的关系。

Claims (6)

1.一种安培力及磁感应强度实验仪，包括直流电源，其特征在于：还包括一底座(1)、竖直固定在该底座上的主板(2)、一根直导体(3)和蹄形磁铁组合器(4)，所述主板的(2)工作侧面水平固定有一悬挂架(5)和一支撑平台(6)，所述悬挂架(5)位于所述支撑平台(6)的上方；所述直导体(3)被水平悬挂在悬挂架(5)的下方并垂直于主板(2)，蹄形磁铁组合器(4)安放在支撑平台(6)上，直导体(3)的两端恰好从蹄形磁铁组合器(4)的匀强磁场中穿出，直导体(3)靠近主板的一端设有向下延伸的指针(7)；支撑平台(6)的下方设有与所述指针相配合的安培力指示盘(8)。

2.根据权利要求1所述的安培力及磁感应强度实验仪，其特征在于：所述蹄形磁铁组合器(4)包括多块相同的蹄形磁铁(4a)和一安装座(4b)，多块蹄形磁铁(4a)的相同磁极位于相同一侧，并排固定在安装座(4b)上共同形成匀强磁场。

3.根据权利要求1所述的安培力及磁感应强度实验仪，其特征在于：直导体(3)与直流电源之间串联有滑动变阻器(9)。

4.根据权利要求3所述的安培力及磁感应强度实验仪，其特征在于：直流电源的两端连接到一换向开关(10)，该换向开关(10)固定在主板(2)的工作侧面。

5.根据权利要求4所述的安培力及磁感应强度实验仪，其特征在于：直导体(3)上等距设有四个电连接端点，其中，靠近直导体端部的一个电连接端点与换向开关(10)的一接线柱连接，另外三个电连接端点分别通过导线与选择开关(11)连接，且该选择开关(11)连接到换向开关(10)的另一接线柱，所述选择开关(11)固定在主板(2)的工作侧面。

6.根据权利要求1所述的安培力及磁感应强度实验仪，其特征在于：直流电源串联有一电流表。

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