CN206282505U - 一种安培力公式定量探究仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种安培力公式定量探究仪。它包括转盘、U形磁铁、磁感线圈、力传感器、磁场传感器、数据采集器、电源和数据处理器；U形磁铁的U形底部置于转盘的转面上，磁感线圈置于左右两侧磁极形成的磁场中；力传感器置于磁感线圈上方；磁感线圈与U形磁铁的间隙处设有磁场传感器，电源与磁感线圈连接，力传感器与磁场传感器同时固定于固定架上。该安培力公式定量探究仪，结构简易，操作便利，且通过不同部件配合，可同时探究磁感应强度、导线长度、电流大小和磁感强度与电流方向夹角四个物理因素与安培力之间的变量关系，实验多样，探究充分，利于学生在安培力公式上的创造性思维，便于其对安培力定则的掌握。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种教学用具，具体涉及一种安培力公式定量探究仪。
背景技术
在高中物理安培力实验中，安培力的大小与磁场的强弱、通电导体中的电流大小、导体在磁场中的长度和电流方向与磁场方向夹角有关，安培力的方向与磁场方向和通电导体中的电流方向有关。但是教材中由于没有直观、简便的定量仪器来全面地探究安培力公式，学生只能依靠死记硬背来学习和应用。
目前现有的实验仪器一般只能进行两种情况的实验来证明安培力的公式，一是当B、L不变时，通过改I的大小，观察F的变化；二是当B、I不变时，通过改L的大小，观察F的变化。其中F为安培力，B为磁感应强度，I为电流强度，L为磁场中导线长度。实验仪器只能改变I、L这两个变量来研究磁场中力的概念，而磁场中力的变化，还有其他因素，如磁感应强度，磁场的方向，现有的设备一般无法做到，使得实验比较单一，不利于扩展学生的思维。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述已有技术存在的实验单一的不足，提供一种可以改变磁感应强度和导线长度，又可以改变电流大小和磁感强度与电流方向夹角的安培力公式定量探究仪。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种安培力公式定量探究仪，特殊之处在于包括转盘1、U形磁铁2、磁感线圈3、力传感器4、磁场传感器5、数据采集器6、电源7和数据处理器8；
所述转盘1由支架11和安装于支架11上的转面12构成，所述U形磁铁2开口向上，U形底部置于转盘的转面12上，U形磁铁2的一个磁极在左侧，另一个磁极在右侧，磁感线圈3置于左右两侧磁极形成的磁场中；通过改变磁感线圈3在磁场中与左右磁极的距离，实现磁感应强度量的变化，从而探究磁感应强度变量与安培力之间的定量关系。
所述力传感器4置于磁感线圈3上方，并与磁感线圈3的顶部连接，便于采集磁感线圈3在磁场中的受力情况；
所述磁感线圈3为长方形结构，其中一个长边和一个短边的中部分别安装有圆形挂钩31，以便于磁感线圈3的不同部位与力传感器4固定连接，实现磁感线圈于磁场内长度的选择性改变，定量探究导线长度与安培力之间的关系；
所述磁感线圈3与U形磁铁2的间隙处设有磁场传感器5，磁场传感器5一端感应磁感线圈在磁场内的磁感应强度，另一端与数据采集器6线路连接，电源7与磁感线圈3连接，电源7可调并可调整磁感线圈3通入的电流；
所述力传感器4与磁场传感器5同时固定于固定架9上，通过移动固定架9可同时带动力传感器4、磁感应线圈3和磁场传感器5，从而便于磁感应强度改变时不影响对安培力的精准测量。
所述力传感器4和磁场传感器5均与数据采集器6连接，数据采集器6与数据处理器8连接。
进一步地，所述转盘1的旋转角度可调控，从而可根据实验需要，调整转盘的旋转角度，U形磁铁随转盘的旋转角度可控，磁感应强度与电流方向的夹角从而定量改变，精准的探究磁感应强度与电流方向的夹角与安培力的定量关系。
优选地，所述U形磁铁2的两个磁极的间距大小大于磁感线圈3的长边尺寸。
优选地，所述数据处理器8为n个PC机，每个学生均可接收实验结果，分别探究安培力公式的定量关系。
该安培力公式定量探究仪，结构简易，操作便利，且通过不同部件配合，可同时探究磁感应强度、导线长度、电流大小和磁感强度与电流方向夹角四个物理因素与安培力之间的变量关系，实验多样，探究充分，利于学生在安培力公式上的创造性思维，便于其对安培力定则的掌握。
附图说明
图1：本实用新型的结构示意图；
图2：图1的侧视图；
图中：1：转盘；11：支架；12：转面；2：U形磁铁；3：磁感线圈；31：挂钩；4：力传感器；5：磁场感应器；6：数据采集器；7：电源；8：数据处理器；9：固定架。
具体实施方式
以下参照附图，给出本实用新型的具体实施方式，用来对本实用新型的结构进行进一步说明。
实施例1
本实施例的安培力公式定量探究仪，参照附图1-2，转盘1上固定有U形磁铁2，转盘1由支架11和安装于支架11上的转面12构成，启动转盘1后，转面12在支架11上旋转，从而带动U形磁铁2随之旋转。
其中，所述转盘1的旋转角度可调控，从而可根据实验需要，调整转盘的旋转角度，U形磁铁2随转盘的旋转角度可控，磁感应强度与电流方向的夹角从而定量改变，精准的探究磁感应强度与电流方向的夹角与安培力的定量关系。
所述U形磁铁2开口向上，U形底部固定于转盘的转面12上，U形磁铁2的一个磁极在左侧，另一个磁极在右侧，磁感线圈3则置于左右两侧磁极形成的磁场中。改变磁感线圈3在磁场中与左右磁极的距离，即可实现磁感应强度量的变化，从而探究磁感强度变量与安培力之间的定量关系。
磁感线圈3下方与U形磁铁2的间隙处设有磁场传感器5，磁感线圈3下方与U形磁铁2的间隙为8-12mm，磁场传感器5一端感应磁感线圈在磁场内的磁感应强度，另一端与数据采集器6线路连接，从而将磁感线圈在磁场中的磁感应强度实时传送至数据采集器。磁感线圈3的上端同时与电源7连接，通过电源7为其提供电流，且电源7可调，可随时调整磁感线圈3内通入的电流，从而可通过电源7改变磁感线圈3内的电流大小，探究电流大小与安培力之间的定量关系。
同时，磁感线圈3上方安装有力传感器4，力传感器4与磁感线圈3的顶部连接，便于采集磁感线圈3在磁场中的受力情况。
所述磁感线圈3为长方形结构，其中一个长边和一个短边的中部分别安装有圆形挂钩31，以便于磁感线圈3的不同部位与力传感器4连接，实现磁感线圈于磁场内长度的选择性改变，定量探究导线长度与安培力之间的关系。其中，所述U形磁铁2的两个磁极的间距和磁感线圈的长短边尺寸均为已知，且U形磁铁2的两个磁极的间距大于磁感线圈3的长边尺寸，以利于磁感线圈3的长边和短边能够灵活地在磁场内更换。
所述力传感器4与磁场传感器5同时固定于固定架9上，通过移动固定架9可同时带动力传感器4、磁感应线圈3和磁场传感器5，从而便于磁感应强度改变时不影响对安培力的精准测量。
所述力传感器4和磁场传感器5均与数据采集器6连接，数据采集器6与数据处理器8连接，数据采集器6实时采集磁感应强度和安培力数据，并将数据传输至数据处理器8内，所述数据处理器8可以为单台PC机或多台PC机，不仅可以以显示屏的方式展示数据信息，又可满足不同数量实验人员对实验结果探究的需求。
本实施例的安培力公式定量探究仪使用时，通过控制变量法，定性的验证安培力、磁感应强度、电流、导线长度的关系：
(1) U形磁铁放在位于转盘的转面上，将磁感线圈放在U形磁铁两个磁极的中间，向U形磁铁的一个磁极方向移动固定架，磁感应强度依次增强，取多个点分别通过磁场传感器和力传感器进行测量磁感应强度和安培力，探究磁感应强度与安培力之间的定量关系；
(2) 控制电源调节磁感线圈内的电流大小，调节多个电流数值，探究电流大小与安培力之间的定量关系；
(3) 分别测量磁感线圈长边在下方、磁感线圈旋转90度短边在下方时磁感线圈受到的安培力大小，探究导线长度与安培力之间的定量关系；
(4) 按多个不同角度旋转转盘， U形磁铁随转盘的旋转而旋转切旋转角度一致，磁感应强度与电流方向的夹角从而定量改变，进一步探究磁感应强度与电流方向的夹角与安培力的定量关系。
所述数据采集器均为市场中常用产品，如北京中泰研创科技有限公司的EM9636B、EM9636DA等，均可以应用于本实用新型中。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变形，这些简单变形均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (4)
1.一种安培力公式定量探究仪，其特征在于包括转盘(1)、U形磁铁(2)、磁感线圈(3)、力传感器(4)、磁场传感器(5)、数据采集器(6)、电源(7)和数据处理器(8)；
所述转盘(1)由支架(11)和安装于支架(11)上的转面(12)构成，所述U形磁铁(2)开口向上，U形底部置于转盘的转面(12)上，U形磁铁(2)的一个磁极在左侧，另一个磁极在右侧，磁感线圈(3)置于左右两侧磁极形成的磁场中；
所述力传感器(4)置于磁感线圈(3)上方，并与磁感线圈(3)的顶部连接；所述磁感线圈(3)为长方形结构，其中一个长边和一个短边的中部分别安装有圆形挂钩(31)；
所述磁感线圈(3)与U形磁铁(2)的间隙处设有磁场传感器(5)，磁场传感器(5)一端感应磁感线圈在磁场内的磁感应强度，另一端与数据采集器(6)线路连接，电源(7)与磁感线圈(3)连接，电源(7)可调并可调整磁感线圈(3)通入的电流；
所述力传感器(4)与磁场传感器(5)同时固定于固定架(9)上，通过移动固定架(9)可同时带动力传感器(4)、磁感应线圈(3)和磁场传感器(5)；
所述力传感器(4)和磁场传感器(5)均与数据采集器(6)连接，数据采集器(6)与数据处理器(8)连接。
2.如权利要求1所述的安培力公式定量探究仪，其特征在于所述转盘(1)的旋转角度可调控。
3.如权利要求1所述的安培力公式定量探究仪，其特征在于所述U形磁铁(2)的两个磁极的间距大小大于磁感线圈(3)的长边尺寸。
4.如权利要求1所述的安培力公式定量探究仪，其特征在于所述数据处理器(8)为n个PC机。
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| CN201621274172.9U CN206282505U (zh) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 一种安培力公式定量探究仪 |
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108033009A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-15 | 燕胜 | 一种基于磁场的磁动力巡检飞行器 |
| CN109949670A (zh) * | 2019-04-20 | 2019-06-28 | 安徽师范大学 | 一种定量探究安培力大小演示仪 |
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2016
- 2016-11-25 CN CN201621274172.9U patent/CN206282505U/zh not_active Expired - Fee Related
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