CN208093023U - 一种探究电磁铁特性的演示实验仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种探究电磁铁特性的演示实验仪，包括底座和直流稳压电源，所述底座上表面两侧对称设有竖梁，所述竖梁与底座固定连接，两组所述竖梁上端固定连接有横梁，所述横梁一侧设有数字电流表，所述横梁上设有固定螺母，所述固定螺母正下方设有细线，所述细线下端设有挂钩，所述圆柱形铁块或圆柱形磁铁的正上方设有电磁铁，所述电磁铁通过挂钩钩在电磁铁的上端，所述直流稳压电源上表面设有开关，电磁铁、直流稳压电源、数字电流表和开关组成闭合电路；本实用新型具有结构简单，操作直观简便、实验结果更准确、更有助于学生科学探究电磁铁特性等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实验装置，特别涉及一种探究电磁铁特性的演示实验仪。
背景技术
电磁铁是中学物理的内容，是电磁感应现象的重要组成部分，它是“电生磁”的重要应用，也是学习“电磁继电器”的重要基础。电磁起重机就是根据电磁铁的特性制造的大型起重机械，目前跑得最快的磁悬浮列车也是根据电磁铁的特性制造的。中学物理是这样定义磁铁磁性的：物质吸引铁、钴、镍的性质叫磁性。传统的教学，都是用电磁铁通电后吸引回形针的个数来表征电磁铁磁性的强弱。这种探究方法，装置器制作简单，但是回形针的个数是个数字，不是力，且回形针的个数是分散的，不连续的。
为了使电磁铁的教学更生动、形象、直观、准确、科学，结合参考文献的成果，灵活巧妙地将电子天平的“测力”方法运用到探究电磁铁特性的演示实验仪器制作中，设计了一种探究电磁铁特性的演示实验仪，用电磁铁通电前后电子天平的读数差值来表征电磁铁磁性的强弱，使电磁铁磁性的强弱回归到物质磁性的定义(即对铁的吸引力)上来，由于电子天平的读数是连续的，因此，电磁铁磁性的强弱(即对铁的吸引力)也是连续的，不仅可以激发学生的学习兴趣，还有助于培养学生的科学探究精神。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种探究电磁铁特性的演示实验仪，提供一种操作直观简便、以解决上述背景技术中测试不准确，数据采集不便的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：本实用新型公开了一种探究电磁铁特性的演示实验仪，包括底座和直流稳压电源，所述底座上表面两侧对称设有竖梁，所述竖梁与底座固定连接，两组所述竖梁上端固定连接有横梁，两组所述竖梁和底座以及横梁组成支架，所述横梁一侧设有数字电流表，所述横梁上设有固定螺母，所述固定螺母正下方与细线的一端固定连接，所述细线另一端设有挂钩，所述底座上表面中间水平放置有电子天平，所述电子天平的上面水平放置有圆柱形铁块或圆柱形磁铁，所述圆柱形铁块或圆柱形磁铁的正上方放置有电磁铁，所述电磁铁通过挂钩钩在电磁铁的上端，所述直流稳压电源上表面设有开关，所述电磁铁、直流稳压电源、数字电流表和开关通过导线相连接组成闭合电路。
优选的，所述底座上设有水平仪和调平螺丝。
优选的，所述电磁铁上绕有组不同匝数的线圈。
本实用新型的技术效果和优点：
1.本实用新型通过改变电源电压改变通过电磁铁线圈中的电流强度，以便探索究电磁铁的磁性强弱与通过电磁铁线圈中的电流强度的关系，利用电子天平的感量高，可以测量微小的质量变化量，精准的探测，可以解决探究电磁铁具有磁性、电磁铁的磁极位置与其线圈中的电流方向有关以及影响电磁铁磁性强弱因素的问题。
2.本实用新型具有结构简单，用电磁铁通电前后电子天平的读数差值来表征电磁铁磁性的强弱，使电磁铁磁性的强弱回归到物质磁性的定义(即对铁的吸引力)上来，由于电子天平的读数是连续的，因此，电磁铁磁性的强弱(即对铁的吸引力)也是连续的，不仅可以激发学生的学习兴趣，还有助于培养学生的科学探究精神，操作直观简便、实验结果更准确、更有助于学生科学探究电磁铁特性等。
附图说明
图1为第一实施例的结构示意图；
图2为第二实施例的结构示意图。
图中：1底座、2竖梁、3横梁、4水平仪、5调平螺丝、6固定螺母、7电子天平、8圆柱形铁块、9电磁铁、10细线、11直流稳压电源、12数字电流表、13开关、14圆柱形磁铁、15挂钩。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
第一实施例：
请参阅图1，本实施例提供一种技术方案：一种探究电磁铁特性的演示实验仪，包括底座1和直流稳压电源11，所述底座1上表面两侧对称设有竖梁2，所述竖梁2与底座1固定连接，两组所述竖梁2上端固定连接有横梁3，两组所述竖梁2和底座1以及横梁3组成支架，所述横梁3一侧设有数字电流表12，所述横梁3上设有固定螺母6，所述固定螺母6正下方与细线10的一端固定连接，所述细线10的另一端设有挂钩15，所述底座1上表面中间设有电子天平7，电子天平7的感量高，可以测量微小的质量变化量，因此，可以探索究电磁铁9的磁性强弱与电磁铁9中有无铁芯的关系；所述电子天平7的上面水平放置有圆柱形铁块8，所述圆柱形铁块8的正上方放置有电磁铁9，所述电磁铁9通过挂钩15钩在电磁铁9的上端，所述直流稳压电源11上表面设有开关13，所述电磁铁9、直流稳压电源11、数字电流表12和开关13通过导线相连接组成闭合电路，其中调节直流稳压电源11的电压，可以改变通过电磁铁9线圈中的电流强度，电流强度用数字电流表12测量，以便探索究电磁铁9的磁性强弱与通过电磁铁线圈中的电流强度的关系，电磁铁9的铁芯是活动的，可以插入和拔出电磁铁9中，以便探索究电磁铁9的磁性强弱与在无铁芯的关系。
具体的，所述电磁铁9上绕有3组不同匝数的线圈，以便探索究电磁铁9的磁性强弱与电磁铁线圈匝数的关系。
具体的，所述电磁铁9的铁芯是活动的，可以插入和拔出电磁铁9中，以便探索究电磁铁9的磁性强弱与在无铁芯的关系。
第二实施例：
请参阅图2本实施例提供一种技术方案：一种探究电磁铁特性的演示实验仪，与实施例1不同之处，所述电子天平7的上面水平放置有圆柱形磁铁14，
用力F＝(m0-m1)g来表征电磁铁9的磁性强弱，m0为圆柱形铁块8的质量，m1为电磁铁9通电后电子天平的读数，g为重力加速度。
工作原理：
1、先用电子天平称7称出圆柱形铁块8的质量m0。然后给电磁铁9通电，由于电磁铁9对圆柱形铁块8的吸引力作用，电子天平称7的读数会变小为m1，用力F＝(m0-m1)g来表征电磁铁9的磁性强弱。
2、调节直流稳压电源11的电压(从而改变通过电磁铁9的电流强度，其值用数字电流表12显示)、改变线圈的匝数(电磁铁9上绕有3组不同匝数的线圈N1、N2、N3，N1＜N2＜N3，N1两端用分别用A和B标注，N2两端分别用C和D标注，N3两端分别用E和F标注)以及将铁芯插入和拔出线圈，就可以改变电磁铁9的磁性强弱。
实验方法：
1、调节底座水平
按图1安装好装置，调节底座上的调平螺丝，直到水平仪中的小水珠停在中央，使底座处于水平状态，从而使电子天平处于水平状态。
2、探究电磁铁具有磁性
(1)将圆柱形铁块放在电子天平上，称出圆柱形铁块的质量m0。
(2)将电磁铁的线圈N1两端A和B与直流稳压电源联接。
(3)打开直流稳压电源的开关，将电压调到适当的值，闭合电键。
(4)由于电磁铁对圆柱形铁块的吸引力的作用，电子天平的读数会变小，读出此时电子天平的读数m1。
(5)计算电磁铁的磁性强弱F＝(m0-m1)g。
(6)实验结论：电磁铁通电后能吸引铁块，所以，电磁铁具有磁性。
表1 电磁铁具有磁性
电磁铁线圈中的电流虽度I＝1.0，线圈匝数N1＝500。
| m0/kg | m1/kg | F1＝|m0-m1|g/N |
| 0.1 | 0.092 | 0.08 |
3、探究电磁铁磁极的位置与电磁铁线圈中的电流方向有关
(1)将圆柱形磁铁放在电子天平上，N极朝上，S极朝下，称出圆柱形磁铁的质量m0。
(2)将电磁铁的线圈N1的A端和B端分别接在直流稳压电源的正极和负极(电流方向由A端流向B端)。
(3)打开直流稳压电源的开关，将电压调到适当的值，闭合电键。
(4)电子天平的读数变小为m1，说明电磁铁与圆柱形磁铁相互吸引，电磁铁的下端是N极，上端是S极(如果电子天平的读数增大为m2，说明电磁铁与圆柱形磁铁相互排拆，电磁铁的下端是S极，上端是N极)。
(5)将电磁铁的线圈N1的A端和B端分别接在直流稳压电源的负极和正极，改变电磁铁线圈中的电流方向(电流方向由B端流向A端)。
(6)打开直流稳压电源的开关，闭合电键。
(7)电子天平的读数增大为m2，说明电磁铁与圆柱形磁铁相互排拆，电磁铁的下端是S极，上端是N极(如果电子天平的读数变小为m1，说明电磁铁与圆柱形磁铁相互吸引，电磁铁的下端是N极，上端是S极)。
(8)实验结论：电磁铁磁极的位置与流过电磁铁线圈中的电流方向有关。
表2 电磁铁磁极的位置与电磁铁线圈中的电流方向有关
电磁铁线圈中的电流虽度I＝1.0，线圈匝数N1＝500。
| 电流方向 | m0/kg | mi/kg | mi与m0的关系 | 电磁铁磁极的位置 |
| 由A端流向B端 | 0.04 | 0.0034 | m1≤m0 | 上端为N极，下端为S极 |
| 由B端流向A端 | 0.04 | 0.047 | m2≥m0 | 上端为S极，下端为N极 |
4、探究影响电磁铁磁性强弱的因素
(1)电磁铁的磁性强弱与有无铁芯有关
①将圆柱形铁块放在电子天平上，称出圆柱形铁块的质量m0。
②将电磁铁的线圈N1的两端A和B与直流稳压电源联接。
③打开直流稳压电源的开关，将电压调到适当的值，闭合电键。
④由于电磁铁对圆柱形铁块的吸引力的作用，电子天平的读数会变小，读出此时电子天平的读数m1。
⑤计算电磁铁的磁性强弱F＝(m0-m1)g。
⑥拔出电磁铁中的铁芯，重复③④，电子天平的读数m2。
⑦计算电磁铁的磁性强弱F＝(m0-m2)g
⑧实验结论：电磁铁的磁性强弱与有无铁芯有关，有铁芯时强，无铁芯时弱，且无铁芯时基本无磁性。
表3 电磁铁的磁性强弱与有无铁芯有关
电磁铁线圈中的电流虽度I＝1.0，线圈匝数N1＝500。
| m0/kg | mi/kg | F＝|mi-m0|g/N | |
| 有铁芯 | 0.1 | 0.092 | 0.08 |
| 无铁芯 | 0.4 | 0.4 | 0 |
(2)电磁铁的磁性强弱与通过电磁铁线圈中的电流强度有关
①将圆柱形铁块放在电子天平上，称出圆柱形铁块的质量m0。
②将电磁铁的线圈N1的两端A和B与直流稳压电源联接。
③打开直流稳压电源的开关，将电压调到适当的值，闭合电键，从数字电流表中读出通过电磁铁线圈中的电流强度I1。
④由于电磁铁对圆柱形铁块的吸引力的作用，电子天平的读数会变小，读出此时电子天平的读数m1。
⑤计算电磁铁的磁性强弱F＝(m0-m1)g。
⑥调大直流稳压电源的电压，闭合电键，从数字电流表中读出通过电磁铁的电流强度I2(I2＞I1。)
⑦重复④⑤，电子天平的读数m2，并计算电磁铁的磁性强弱F＝(m0-m2)g。
⑧重复⑥⑦，读出电磁铁中的电流强度为I3时，电子天平的读数m3，并计算电磁铁的磁性强弱F3＝(m0-m3)g。
⑨实验结论：电磁铁的磁性强弱与有通过电磁铁线圈中的电流强度有关，电流强度越大，磁性越强，电流强度越小，磁性越弱。
表4 电磁铁的磁性强弱与通过电磁铁线圈中的电流强度有关
线圈匝数N1＝500。
| Ii/A | m0/kg | mi/kg | Fi＝|m0-mi|g/N |
| 0.69 | 0.1 | 0.097 | 0.0294 |
| 0.90 | 0.1 | 0.094 | 0.0588 |
| 1.72 | 0.1 | 0.080 | 0.196 |
(3)电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数有关
①将圆柱形铁块放在电子天平上，称出圆柱形铁块的质量m0。
②将电磁铁的线圈N1的两端A和B与直流稳压电源联接。
③打开直流稳压电源的开关，将电压调到适当的值，闭合电键，从数字电流表中读出通过电磁铁线圈中的电流强度I。
④由于电磁铁对圆柱形铁块的吸引力的作用，电子天平的读数会变小，读出此时电子天平的读数m1。
⑤计算电磁铁的磁性强弱F＝(m0-m1)g。
⑥将电磁铁的线圈N2的两端C和D与直流稳压电源联接(N2＞N1)，打开直流稳压电源的开关，调节直流稳压电源的电压，使通过电磁铁中的电流强度仍然为I。
⑦重复④⑤，电子天平的读数m2，并计算电磁铁的磁性强弱F＝(m0-m2)g。
⑧重复⑥⑦，读出线圈匝数为N3时，电子天平的读数m3，并计算电磁铁的磁性强弱F3＝(m0-m3)g。
⑨实验结论：电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数有关，线圈匝数越多，磁性越强，线圈匝数越少，磁性越弱。
表5 电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数有关
电磁铁中的电流虽度I＝1.2A
本实用新型具有结构简单，用电磁铁通电前后电子天平的读数差值来表征电磁铁磁性的强弱，使电磁铁磁性的强弱回归到物质磁性的定义(即对铁的吸引力)上来，由于电子天平的读数是连续的，因此，电磁铁磁性的强弱(即对铁的吸引力)也是连续的，不仅可以激发学生的学习兴趣，还有助于培养学生的科学探究精神，操作直观简便、实验结果更准确、更有助于学生科学探究电磁铁特性等，可广泛运用与其有关领域。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种探究电磁铁特性的演示实验仪，包括底座(1)和直流稳压电源(11)，其特征在于：所述底座(1)上表面两侧对称设有竖梁(2)，所述竖梁(2)与底座(1)固定连接，两组所述竖梁(2)上端固定连接有横梁(3)，两组所述竖梁(2)和底座(1)以及横梁(3)组成支架，所述横梁(3)一侧设有数字电流表(12)，所述横梁(3)上设有固定螺母(6)，所述固定螺母(6)正下方与细线(10)的一端固定连接，所述细线(10)的另一端设有挂钩(15)，所述底座(1)上表面中间水平放置有电子天平(7)，所述电子天平(7)的上面水平放置有圆柱形铁块(8)或圆柱形磁铁(14)，所述圆柱形铁块(8)或圆柱形磁铁(14)的正上方放置有电磁铁(9)，所述电磁铁(9)通过挂钩(15)钩在电磁铁(9)的上端，所述直流稳压电源(11)上表面设有开关(13)，所述电磁铁(9)、直流稳压电源(11)、数字电流表(12)和开关(13)通过导线相连接组成闭合电路。
2.根据权利要求1所述的一种探究电磁铁特性的演示实验仪，其特征在于：所述底座(1)上设有水平仪(4)和调平螺丝(5)。
3.根据权利要求1所述的一种探究电磁铁特性的演示实验仪，其特征在于：所述电磁铁(9)上绕有三组不同匝数的线圈。
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| CN201820665473.7U CN208093023U (zh) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | 一种探究电磁铁特性的演示实验仪 |
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| CN201820665473.7U CN208093023U (zh) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | 一种探究电磁铁特性的演示实验仪 |
Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110632539A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-31 | 古丽涛 | 一种电磁铁磁性大小相关因素检测设备 |
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2018
- 2018-04-26 CN CN201820665473.7U patent/CN208093023U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN110632539A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-31 | 古丽涛 | 一种电磁铁磁性大小相关因素检测设备 |
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