CN203465875U - 安培力定量分析数字化实验仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种安培力定量分析数字化实验仪，包括两块条形磁铁、导体和与所述导体连接的直流电源，两块所述条形磁铁水平相对设置，中间留有允许所述导体自由穿过的间隙，两块所述条形磁铁的两个相对的面的磁极相反。取消了导轨的设置，能直观演示安培力的方向，设置的电子称可显示安培力的大小，电流表检测电路中的电流大小，便于验证安培力各个物理量之间的关系，本实用新型还具有结构简单，便于操作等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实验仪器，特别涉及一种用于演示和验证安培力的各个物理量的定量关系。
背景技术
安培力是高中电磁学中的一个重要章节，现有的安培力实验通过将金属棒放置在导轨上，设有垂直和覆盖导轨的磁场，给金属棒通电，金属棒便会沿着导轨的方向运动，当金属棒的受力方向与导轨的方向不是垂直的情况下，由于受到导轨的限制作用，金属棒依然沿着导轨的方向运动，此时金属棒的运动方向与实际的安培力的方向不一致，固现有实验只能简单验证安培力的存在，而不能验证安培力的实际方向和大小。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种安培力定量分析数字化实验仪，能够直观演示安培力的方向、显示安培力的大小、结构简单的和操作方便的特点。
本实用新型的技术方案为：
一种安培力定量分析数字化实验仪，包括两块条形磁铁、导体和与所述导体连接的直流电源，两块所述条形磁铁水平相对设置，中间留有允许所述导体自由穿过的间隙，两块所述条形磁铁的两个相对的面的磁极相反。
所述条形磁铁可以为钕铁硼的条形磁铁。
所述直流电源可以为电容，所述电容配有为其充电的直流供电装置。
本实用新型还可以设有两个电极，所述导体的两端分别与两个所述电极活动连接，两个所述电极通过导线与电容连接。
所述电极可以为弯折的板状电极。
优选的，所述导体为金属棒。
所述金属棒可以为空心的铜管。
优选的，所述导体为线圈。
本实用新型还可以设有用于测量安培力的电子称，所述线圈挂在所述电子称的挂钩上，所述电子称的挂钩的测量方向在竖直方向上。
本实用新型还可以设有电流表，所述电流表与所述线圈串联。
本实用新型的有益效果为：
（1） 取消了导轨，直接将导体水平设置在水平方向的磁场里，不论其与磁场的角度关系，给导体通入直流电，导体便会受到安培力的作用，安培力的方向垂直于磁场方向和直流电方向所决定的平面，由于导体水平设置，则导体中的电流在水平方向上，由于磁场方向也在水平方向上，所以导体受到的安培力的方向在竖直方向上，控制直流电的方向使得导体所受的安培力竖直向上，另外导体还受到竖直向下的重力，控制直流电的电流大小使得向上的安培力大于向下的重力，导体受到安培力和重力的合力向上运动，便可直观显示安培力的方向。
（2） 导体放置在电极上，采用超级电容作为电源，能够瞬时提供高电流，当导体与电极连通时形成回路，导体便会受到向上的安培力，较高的电流使得导体受到的安培力足够大，导体便会向上运动与电极分离，分离后的导体上便没有了电流，安培力消失，金属棒受到自身的重力的影响减速为零后向下运动，掉落到挂钩上，重新形成回路，金属棒上带有电流，以此往复循环，便能直观的看到金属棒在竖直方向上的跳动。
（3） 圈作为导体使得电流重复单向穿过磁场，间接增大穿过磁场的总电流，使得线圈受到的安培力增大，便于测量安培力的大小。
（4） 电子称的设置，便于测量安培力的具体的数值和验证安培力的各个物理量之间的关系。
（5） 设置电流表，显示电流的数值，方便验证安培力各个物理量之间的关系。
附图说明
图1是本实用新型的一种实施方式；
图2是本实用新型的局部俯视图；
图3是本实用新型的另一种实施方式；
图4是电流与安培力的关系的坐标图；
图5是线圈长度与安培力的关系的坐标图；
图6是角度正弦值与安培力的关系的坐标图；
图7是磁感应强度与安培力的关系的坐标图。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型涉及一种安培力定量分析数字化实验仪，包括两块条形磁铁1、导体和与所述导体连接的直流电源3，两块所述条形磁铁水平相对设置，中间留有允许所述导体自由穿过的间隙，两块所述条形磁铁的两个相对的面的磁极相反。两块条形磁铁可用一块U型磁铁代替，直接将导体水平设置在水平方向的磁场里，不论其与磁场的角度关系，给导体通入直流电，导体便会受到安培力的作用，安培力的方向垂直于磁场方向和直流电方向所决定的平面，由于导体水平设置，则导体中的电流在水平方向上，磁场方向也在水平方向上，所以导体受到的安培力的方向在竖直方向上，控制直流电的方向使得导体所受的安培力竖直向上，另外导体还受到竖直向下的重力，控制直流电的电流大小使得向上的安培力大于向下的重力，导体受到安培力和重力的合力向上运动，便可直观显示安培力的方向。
所述条形磁铁可以为钕铁硼的条形磁铁。钕铁硼制成的磁铁具有重量轻，磁性高的特点，能形成较强的感应强度，增强实验的效果。
所述直流电源可以为电容，所述电容配有为其充电的直流供电装置。电容可以采用超级电容，能提供较大的电流，增强实验的效果。
本实用新型还可以设有两个电极4，所述导体的两端分别与两个所述电极活动连接，两个所述电极通过导线5与电容连接。所述活动连接导体放置在电极上，采用超级电容作为电源，能够瞬时提供高电流，当导体与电极连通时形成回路，导体便会受到向上的安培力，较高的电流使得导体受到的安培力足够大，导体便会向上运动与电极分离，导体上便没有了电流，安培力消失，金属棒受到自身的重力的影响减速为零后向下运动，掉落到挂钩上，重新形成回路，金属棒上带有电流，以此往复循环，便能直观的看到金属棒在竖直方向上的跳动。
所述电极可以为弯折的板状电极。
优选的，所述导体为金属棒2，所述金属棒可以为空心的铜管。铜具有较小的电阻率，降低金属棒的电阻，增大电流，制成的空心铜管，降低金属棒的重量，使得实验过程中同等条件下，可增大安培力，减小金属棒的重量，使实验效果更明显，便于可视观察。
参见图3，优选的，所述导体为线圈6。线圈作为导体使得电流重复单向穿过磁场，间接增大穿过磁场的总电流，使得线圈受到的安培力增大，便于测量安培力的大小。
本实用新型还可以设有用于测量安培力的电子称7，所述线圈挂在所述电子称的挂钩上，所述电子称的挂钩的测量方向在竖直方向上。电子称的设置，可以直接显示安培力的数值，可用于验证安培力各个物理量之间的关系，挂钩的测量方向应在安培力和线圈的重力的合力的方向上，由于安培力也在竖直方向上，所以挂钩的测量方向在竖直方向上。
本实用新型还可以设有电流表8，所述电流表与所述线圈串联。设置电流表，显示电流的数值，方便验证安培力各个物理量之间的关系。
实验一 安培力与电流的关系。
选用长度5cm、匝数50匝和电阻3Ω的线圈，参照图3设置，电子称称量的线圈的重量的数值设为原值0N。控制电流的方向使得安培力向下。调节电流的大小，读取电流表的数值和电子称上的数值，制备表格1和图4。
可得知安培力与电流呈正比。
实验二 安培力与长度的关系。
选择匝数均为50匝的长度分别为10cm、8cm和5cm的线圈，在恒定电流0.08A下进行实验，分别测量并记录电子称上的数值，制备表格2和图5。
可得知安培力与线圈长度呈正比。
实验三 安培力与角度正弦值的关系。
选择匝数为50匝长度为5cm的线圈，在恒定电流为0.2A下进行实验，改变电流方向与磁场的夹角θ，分别测量并记录电子称上的数值，制备表3和图6。
可得知安培力与夹角正弦值的大小成正比。
实验四 安培力与磁感应强度的关系。
采用电磁铁替代条形磁铁，通过改变电磁铁的电流，改变电磁铁的感应强度，选择匝数为50匝长度为5cm的线圈，在恒定电流为0.2A下进行实验，改变磁感应强度，分别测量并记录电子称上的数值，制备表4和图7。
可得知安培力与磁感应强度成正比。
验证安培力公式：F=BILsinθ
根据以上的实验，可得知安培力F与磁感应强度B、电流I、线圈长度L和夹角的正弦值sinθ成正比.则安培力F与B、I、L、sinθ的乘积成正比。
根据前4次实验任意选取3组数据验证，线圈匝数为50匝，为方便计算θ角度选取90°，见表5。
基本验证安培力的公式。
Claims (10)
1.一种安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于包括两块条形磁铁、导体和与所述导体连接的直流电源，两块所述条形磁铁水平相对设置，中间留有允许所述导体自由穿过的间隙，两块所述条形磁铁的两个相对的面的磁极相反。
2.根据权利要求1所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于所述条形磁铁为钕铁硼的条形磁铁。
3.根据权利要求1所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于所述直流电源为电容，所述电容配有为其充电的直流供电装置。
4.根据权利要求3所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于还设有两个电极，所述导体的两端分别与两个所述电极活动连接，两个所述电极通过导线与电容连接。
5.根据权利要求4所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于所述电极为弯折的板状电极。
6.根据权利要求1-5任一项所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于所述导体为金属棒。
7.根据权利要求6所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于所述金属棒为空心的铜管。
8.根据权利要求1-3任一项所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于所述导体为线圈。
9.根据权利要求8所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于还设有用于测量安培力的电子称，所述线圈挂在所述电子称的挂钩上，所述电子称的测量方向在竖直方向上。
10.根据权利要求9所述的安培力定量分析数字化实验仪，其特征在于还设有电流表，所述电流表与所述线圈串联。
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| CN201320495517.3U CN203465875U (zh) | 2013-08-14 | 2013-08-14 | 安培力定量分析数字化实验仪 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106847028A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-06-13 | 刘佳辰 | 一种物理电子实验仪 |
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- 2013-08-14 CN CN201320495517.3U patent/CN203465875U/zh not_active Expired - Fee Related
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