CN208796535U - 一种电磁教学实验教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电磁教学实验教具，具有装置结构简单、组装以及实验操作方便、实验效果稳定直观的特点。包括：转盘，转盘水平设置；电机，电机与转盘接触并可外接电源以驱动转盘水平旋转；磁铁，磁铁包括有两块，两块磁铁相对的固定在转盘上表面且两块磁铁的极性相对；支撑架，包括架体以及与架体固定连接的支撑臂，支撑臂延伸至转盘的垂直上方；线圈，通过连接线悬挂于支撑臂上，线圈可转动的位于两块磁铁形成的磁场中。

Description

一种电磁教学实验教具

技术领域

本实用新型属于教学用模型及教具制造技术领域，具体涉及一种电磁教学实验教具。

背景技术

实验教具，是一种常用于物理等学科中的，通过实验的结果展现抽象的物理定律或理论的教学仪器。装置简单、操作方便、结果明显的实验教具，能够有效地帮助学习者直观的理解枯燥抽象的理论知识，提高学习者的学习效率。

楞次定律：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。根据楞次定律，如果磁场相对于导体转动，在导体中就会产生感应电流，感应电流会使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作用也常常被称为电磁驱动。

现有技术中用于展示电磁学中“楞次定律”的实验教具，大多采用将磁铁插入通电线圈中，并将线圈与检流计的两个连接端电连接，通电后检流计上的电流示数会发生改变，学习者经多次反复试验，观察检流计上电流示数的改变，总结归纳得出影响电流方向和大小的因素，能够得出楞次定律的结论。但是这种实验方式得到的实验结论很不直观。

现有技术中还包括有一种改进的教具，是通过悬吊的方式连接两块磁铁，在两块磁铁之间形成有磁场，向悬吊的两块磁铁施加一个初速度使其旋转从而产生旋转磁场，学习者能够观察到位于旋转磁场中的线圈随之转动的实验现象。这种形式的“楞次定律”或称为“电磁驱动”的实验教具，虽然对实验结果的体现较为直观，但是，由于两块磁铁是通过悬吊的方式连接于固定物或支撑杆之上，通过人为施加初速度使其转动的，人为施加的初速度会受到空气阻力而减速，或者，通过施加初速度产生扭转力矩后释放使其自由旋转，悬吊的两块磁铁的旋转速度均难以持续较长的时间并保证匀速，且位于磁场中的线圈的放置方式较难设计，单点支撑固定容易在受到旋转磁场作用力后掉落，悬吊连接又会在旋转过程中与两块磁铁的悬吊连接线之间缠绕，从而影响到实验结果的稳定和准确，甚至使学习者产生线圈的转动并不是由于旋转磁场驱动的困惑，不利于学习者对相关理论知识的理解和对实验现象的分析观察。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电磁教学实验教具，具有装置结构简单、组装以及实验操作方便、实验效果稳定直观的特点。

其采用的技术方案如下：

一种电磁教学实验教具，包括：转盘，转盘水平设置；电机，电机与转盘接触并可外接电源以驱动转盘水平旋转；磁铁，磁铁包括有两块，两块磁铁相对的固定在转盘上表面且两块磁铁的极性相对；支撑架，包括架体以及与架体固定连接的支撑臂，支撑臂延伸至转盘的垂直上方；线圈，通过连接线悬挂于支撑臂上，线圈可转动的位于两块磁铁形成的磁场中。

进一步的，支撑架上还包括夹持部，夹持部的根部与架体或支撑臂转动连接、端部夹持以固定线圈。电磁教学实验教具还包括检流计，检流计的两个连接端分别与线圈之间电连接并形成闭合回路。

优选的，转盘为圆形转盘，两块磁铁分别设置在圆形转盘直径方向的两边缘。

优选的，电机设置在转盘的下表面，电机的输出轴与转盘的中心轴同轴连接。

进一步的，本实用新型实施例的电磁教学实验教具还包括干电池，干电池的正极与负极分别与电机之间电连接并形成闭合回路。

进一步的，本实用新型实施例的电磁教学实验教具还包括开关，开关串联在干电池与电机形成的闭合回路中。

优选的，线圈为轴对称线圈，线圈与连接线的连接点位于对称轴上。

优选的，支撑架的架体包括竖直设置的直杆，支撑臂的根部与直杆可转动连接，支撑臂水平设置；支撑架上还包括夹持部，夹持部根部与直杆可转动连接，夹持部平行设置于支撑臂的垂直下方。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型提供了一种电磁教学实验教具，能够为学习者直观的展现楞次定律的电学实验原理，使学习者能够直接通过电磁驱动的实验结果就得出楞次定律的结论。

2、本实用新型的磁铁固定设置在转盘上，通过电机驱动转盘水平转动形成旋转的磁场，相较于悬吊磁铁并人工施加初速度产生旋转磁场的方式，在结构上更具有稳定性，能够保证磁铁持续转动且转动速度保持匀速。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图之一；

图2为本实用新型的结构示意图之二。

图标：10-转盘；20-电机；30-磁铁；40-支撑架；41-架体；42-支撑臂；43-夹持部；50-线圈；60-检流计；70-干电池；80-开关。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型进行详述。

本实用新型实施例提供一种电磁教学实验教具，如图1所示，包括：转盘10，转盘10水平设置；电机20，电机20与转盘10接触并可外接电源以驱动转盘10水平旋转；磁铁30，磁铁30包括有两块，两块磁铁30相对的固定在转盘10上表面且两块磁铁30的极性相对；支撑架40，包括架体41以及与架体41固定连接的支撑臂42，支撑臂42延伸至转盘10的垂直上方；线圈50，通过连接线悬挂于支撑臂42上，线圈50可转动的位于两块磁铁30形成的磁场中。

如图1所示，转盘10水平设置，两块磁铁30相对的固定在转盘10上表面，两块磁铁30的极性相对，在两块磁铁30之间形成磁场。电机20与外接电源连接，且电机20与转盘10之间接触，在电机20外接电源工作时，能够驱动转盘10水平旋转。需要说明的是，通常情况下，转盘10的转动是以其自身的旋转轴为中心自转。由于两块磁铁30固定在转盘10的上表面，在转盘10受驱转动时，两块磁铁30也随之转动，从而使得两块磁铁30之间形成的磁场的方向旋转起来。线圈50通过连接线悬挂于支撑架40的支撑臂42上，并且线圈50位于两块磁铁30之间的磁场之中，支撑架40的架体41支撑于地面或其他承载平面，以固定支撑臂42保持稳定。在两块磁铁30旋转时，线圈50能够始终处于旋转的磁场之中。电机20带动转盘10转动的速度稳定，因此，磁场的方向随时间均匀变化改变线圈50的磁通量，学习者可以直观的观察到线圈50由于阻碍磁通量的改变在磁场内由悬挂的静止状态开始旋转。

本实用新型提供一种电磁教学实验教具，包括：转盘10，转盘10水平设置；电机20，电机20与转盘10接触并可外接电源以驱动转盘10水平旋转；磁铁30，磁铁30包括有两块，两块磁铁30相对的固定在转盘10上表面且两块磁铁30的极性相对；支撑架40，包括架体41以及与架体41固定连接的支撑臂42，支撑臂42延伸至转盘10的垂直上方；线圈50，通过连接线悬挂于支撑臂42上，线圈50可转动的位于两块磁铁30形成的磁场中。本实用新型的电磁教学实验教具能够为学习者直观的展现楞次定律的电学实验原理，使学习者能够直接通过电磁驱动的实验结果就观察到楞次定律的结论。本实用新型的磁铁30固定设置在转盘10上，通过电机20驱动转盘10水平转动形成旋转的磁场，相较于悬吊磁铁30并人工施加初速度产生旋转磁场的方式，在结构上更具有稳定性，能够保证磁铁30持续转动且转动速度保持匀速。

进一步的，在支撑架40上还包括夹持部43，夹持部43的根部与架体41或支撑臂42转动连接、端部夹持以固定线圈50。电磁教学实验教具还包括检流计60，检流计60的两个连接端分别与线圈50之间电连接并形成闭合回路。

穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就会有感应电流产生，其中大小和方向随时间作周期性变化的电流叫交流电。当交流电随时间按正弦规律变化时，此种交流电叫做正弦式交流电。闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴线匀角速度转动时会产生正弦式交流电。

现有技术中对于展示电磁学中“交变电流的产生”的实验教具，其基本组成主要包括检流计、导线、线圈、开关、强磁铁、导电刷、铁架台。两块强磁铁相对平行设置且极性相对，在两块强磁铁之间形成匀强磁场，线圈放在匀强磁场中，旋转的线圈通过导电刷与导线相连，外电路连接检流计。电路接通后通过检流计偏转的指针，可以观察到线路中产生了交变电流，以达到实验目的。但是，这样的“交变电流的产生”实验教具，一方面由于导电刷的结构较为复杂且不常见，购买和使用均不方便，影响整个实验教具的装置结构的复杂性和制作成本；另一方面，由于检流计的两接入端需要分别与线圈通过导电的连接线相连接，当线圈在匀强磁场中发生旋转时，极容易导致连接线互相缠绕或脱落，从而使得线圈停止转动、实验中断。

示例的，如图2所示，夹持部43的根部与架体41转动连接，支持部43的端部设置有夹子，用于将线圈50夹持固定。这样一来，电机20与外接电源连接，且电机20与转盘10之间接触，在电机20外接电源工作时，电机20驱动转盘10水平旋转。线圈50由于被夹持部43夹持而位置固定，线圈50位于两块磁铁30形成的匀强磁场中，固定在转盘10上表面的两块磁铁30也随转盘10的转动而转动，两块磁铁30之间形成的匀强磁场与线圈50之间的相对位置转动变化，线圈50切割磁感线产生交变电流，在与线圈50电连接并形成闭合回路的检流计60的表盘上观察指针的偏转方向和示数的变化。由于线圈50固定不动，避免了与检流计60连接的导线随线圈50的转动相互缠绕或脱落，影响实验的操作。

而且，如图2所示，由于夹持部43的根部与架体41之间为转动连接关系，当需要进行“交变电流的产生”教学实验时，转动夹持部43的根部，知道夹持部43的端部夹子对线圈50夹持，将夹持部43的根部与架体41之间固定是线圈50保持位置固定不变，通过导线或其他方式使检流计60与线圈50之间电连接并形成闭合回路，接入外接电源进行“交变电流的产生”的实验。当需要进行楞次定律验证的教学实验时，去除夹持部43端部对线圈50的夹持，转动夹持部43并使夹持部43的端部远离线圈50，断开线圈50与检流计60之间的电连接，使得线圈50恢复仅由连接线悬吊的可自由转动的状态。此时为电机20接入外接电源即可进行楞次定律验证的教学实验，学习者观察线圈50在旋转磁场的作用下由静止到开始转动的现象。

由此，能够通过本实用新型的电磁教学实验教具分别进行“交变电流的产生”和“楞次定律的验证”两个物理实验，更有利于学习者通过同一实验教具上不同的实验方式和实验结果来观察和分析上述两个物理实验的实验原理之间的联系和区别。同时，将两个实验的实验教具合二为一，节省了实验教具的成本，提高了实验教具的利用效率。

优选的，如图2所示，转盘10为圆形转盘，两块磁铁30分别设置在圆形转盘直径方向的两边缘。

这样一来，一方面，在实验时转盘10转动，圆形转盘的转动稳定性较好，边缘位置在转动时的空气阻力也较为均衡，有利于转动的稳定。另一方面，两块磁铁30分别设置在圆形转盘直径方向的两边缘，使得两块磁铁30之间的磁场空间尽可能大，有利于线圈50在磁场中的设置。

优选的，如图2所示，电机20设置在转盘10的下表面，电机20的输出轴与转盘10的中心轴同轴连接。

这样一来，如图2所示，电机20的工作不会对设置在转盘10上表面的两块磁铁30以及线圈30造成影响，电机20的输出轴与转盘10的中心轴同轴连接，电机输出轴转动即带动转盘10以其中心轴转动，避免了中间设置其他传动环节而影响装置的工作稳定性，提高工作效率。

进一步的，如图2所示，本实用新型实施例的电磁教学实验教具还包括干电池70，干电池70的正极与负极分别与电机20之间电连接并形成闭合回路。

这样一来，通过干电池70提供电源使电机20工作，由于用于驱动转盘10转动的电机20不需要很大的动力，普通12V干电池70即可满足需要，干电池70携带方便，对试验场所要求低，可随时连接使用，且不会严重增加本实用新型实施例的电磁教学实验教具的空间占用。

进一步的，如图2所示，本实用新型实施例的电磁教学实验教具还包括开关80，开关80串联在干电池70与电机20形成的闭合回路中。

这样一来，如图2所示，在使用本实用新型实施例的电磁教学实验教具进行“交变电流的产生”和“楞次定律的验证”的物理实验时，可以预先将干电池70与教具的其他结构连接完成，实验者仅通过开关80的开启和关闭来控制实验的开始和结束，简化了实验者的操作，提高实验的可观察性。

优选的，线圈50为轴对称线圈，线圈50与连接线的连接点位于对称轴上。

示例的，如图2所示，线圈50为轴对称线圈，从而保证了通过连接线悬挂的线圈50在静止和转动时的平衡，避免由于不平衡造成线圈50的摇动或晃动而影响实验效果。

优选的，如图2所示，支撑架40的架体41包括竖直设置的直杆，支撑臂42的根部与直杆可转动连接，支撑臂42水平设置；支撑架40上还包括夹持部43，夹持部43根部与直杆可转动连接，夹持部43平行设置于支撑臂42的垂直下方。

示例的，如图2所示，支撑架40的架体41包括竖直设置的直杆，还包括与直杆一端固定连接的底座，底座放置于试验台或底面，以保持设置在底座上的其他零部件的连接关系和实验过程稳定。支撑臂42的根部与直杆可转动连接，支撑臂42水平设置，支撑架40上还包括夹持部43，夹持部43根部与直杆可转动连接，夹持部43平行设置于支撑臂42的垂直下方。支撑臂42与夹持部43均可单独与直杆之间相对转动，更便于本实用新型实施例的电磁教学实验教具在分别进行“交变电流的产生”和“楞次定律的验证”的物理实验的切换操作。

以上对本实用新型实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种电磁教学实验教具，其特征在于，包括：

转盘，所述转盘水平设置；

电机，所述电机与所述转盘接触并可外接电源以驱动所述转盘水平旋转；

磁铁，所述磁铁包括有两块，两块所述磁铁相对的固定在所述转盘上表面且两块所述磁铁的极性相对；

支撑架，包括架体以及与架体固定连接的支撑臂，所述支撑臂延伸至所述转盘的垂直上方；

线圈，通过连接线悬挂于所述支撑臂上，所述线圈可转动的位于所述两块磁铁形成的磁场中。

2.根据权利要求1所述的电磁教学实验教具，其特征在于，所述支撑架上还包括夹持部，所述夹持部的根部与所述架体或所述支撑臂转动连接、端部夹持以固定所述线圈；

所述电磁教学实验教具还包括检流计，所述检流计的两个连接端分别与所述线圈之间电连接并形成闭合回路。

3.根据权利要求1或2所述的电磁教学实验教具，其特征在于，所述转盘为圆形转盘，两块所述磁铁分别设置在所述圆形转盘直径方向的两边缘。

4.根据权利要求1或2所述的电磁教学实验教具，其特征在于，所述电机设置在所述转盘的下表面，所述电机的输出轴与所述转盘的中心轴同轴连接。

5.根据权利要求1或2所述的电磁教学实验教具，其特征在于，还包括干电池，所述干电池的正极与负极分别与所述电机之间电连接并形成闭合回路。

6.根据权利要求5所述的电磁教学实验教具，其特征在于，还包括开关，所述开关串联在所述干电池与所述电机形成的闭合回路中。

7.根据权利要求1或2所述的电磁教学实验教具，其特征在于，所述线圈为轴对称线圈，所述线圈与所述连接线的连接点位于所述对称轴上。

8.根据权利要求1或2所述的电磁教学实验教具，其特征在于，所述支撑架的架体包括竖直设置的直杆，所述支撑臂的根部与所述直杆可转动连接，所述支撑臂水平设置；

所述支撑架上还包括夹持部，所述夹持部根部与所述直杆可转动连接，所述夹持部平行设置于所述支撑臂的垂直下方。