CN209199432U - 一种通过u型磁铁演示楞次定律的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，包括底座、U型磁铁支架、金属环支架、U型磁铁旋转轴、金属环旋转轴、U型磁铁、金属环，U型磁铁固定于旋转轴上，可以自由旋转，旋转轴通过支架固定在底座上，同样方法固定金属环，使金属环可以独立自由旋转，金属环短轴尺寸小于U型磁铁开口，并使金属环位于U型磁铁开口内，但金属环与磁铁非接触，当顺时针旋转U型磁铁时，金属环随之顺时针旋转，逆时针旋转U型磁铁时，金属环随之逆时针旋转，本实用新型的优点在于：巧妙的利用U型磁铁与金属环演示楞次定律，与常规楞次定律实验装置相比，成本低廉，效果直观，可广泛用于科学普及、相关专业理论教学或演示实验。

Description

一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置

技术领域

本实用新型属于电磁学实验装置领域，特别涉及一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置。

背景技术

俄国物理学家楞次通过总结法拉第的理论和自己的电磁感应实验，得出如下结论：闭合回路中感应电流的方向，总是使它所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通的变化(增加或减少)，这个结论叫做楞次定律。在电磁学部分的教学过程中，楞次定律是重点和难点，理解楞次定律，关键是要理解楞次定律中的“阻碍”的思想，其既辩证又抽象。而演示实验是教学中化解和突破难点的重要手段。通过有趣而形象化的楞次定律演示实验，可以建立一条螺旋式的上升轨道，让学生分阶段、分层次地学习、理解楞次定律，轻松且事半功倍地达到教学目的。

楞次定律具体应用中的实际表现有两个，一个是阻碍电流的变化，如自感现象；另一个是阻碍物体间的相对运动。前者在电学演示实验中很容易通过条形磁铁插入螺线管产生电流，即可以使检流计偏转来观察；而后者的实验证明相对而言就要难得多。传统证明闭合回路中感应电流若是由相对运动引起，则阻碍相对运动这一楞次定律应用的演示仪器，为全日制普通高级中学物理教科书中介绍的楞次定律演示仪，由A和B两个轻质铝环组成，环A断开，环B闭合，由一直横杆连接，支撑于很尖的支架上。用这个演示仪演示时，用磁铁去接近A环和从A环移开，A环毫无反应。然后用磁铁去接近B环，B环会“逃跑离去”，把磁铁从B环移开，B环会“跟随回来”。若这个实验演示清晰明显，可以使学生产生浓厚兴趣，并能留下深刻印象，为楞次定律的教学产生十分积极的影响。但是，由于磁铁的强度不够，实验效果不明显，在做实验时要选择无风环境，避开其他磁场，将铝环置于针尖，并使其静止。为了使磁体有较强磁性，磁体使用前必须充磁，还常将2条磁体同向捆绑在一起以增强磁性。然后将磁铁从封闭环内同一方向多次快速穿过，才能看到该演示器缓慢转动，学生总坚持认为仪器的慢速转动是由手所带的“风”引起的，事实上也存在这一因素，实验效果不佳。

针对以上问题，本实用新型提出一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，U型磁铁固定于旋转轴上，可以自由旋转，旋转轴通过支架固定在底座上，同样方法固定金属环，使金属环可以独立自由旋转，金属环短轴尺寸小于U型磁铁开口，并使金属环位于U型磁铁开口内，但金属环与磁铁非接触，当顺时针旋转U型磁铁时，金属环隔空随磁铁顺时针旋转，逆时针旋转U型磁铁时，金属环隔空随磁铁逆时针旋转，因为金属环可视为一匝匝的环形闭合线圈，当U型磁铁转动时，其中的磁通量发生变化，因而产生感应电流，从而产生感应磁场，由楞次定律可知感应磁场的作用是阻碍磁场的相对运动，故金属环随U型磁铁转动方向转动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，其可以形象生动的演示楞次定律阻碍相对运动的内涵，即闭合回路中感应电流若是由相对运动引起，则阻碍相对运动。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，包括底座、U型磁铁支架、金属环支架、U型磁铁旋转轴、金属环旋转轴、U型磁铁、金属环，U型磁铁固定于旋转轴上，可以自由旋转，旋转轴通过支架固定在底座上，同样方法固定金属环，使金属环可以独立自由旋转，金属环短轴尺寸小于U型磁铁开口，并使金属环位于U型磁铁开口内，但金属环与磁铁非接触，当顺时针旋转U型磁铁时，金属环隔空随磁铁顺时针旋转，逆时针旋转U型磁铁时，金属环隔空随磁铁逆时针旋转，本装置利用U型磁铁与金属环演示楞次定律，便于楞次定律的直观展示。

进一步，所述的底座处于整个装置的下方，用于整个装置的支撑与水平固定，其形状为长方体，其材质可以为钢、铝合金、硬质塑料等。

进一步，所述的U型磁铁支架与金属环支架处于底座上方，材质为不锈钢或铝合金，形状为圆柱体，底端固定于底座上，上端安装有轴承，可以分别与U型磁铁旋转轴、金属环旋转轴紧密连接，使两轴可以分别独立顺畅旋转。

进一步，所述的U型磁铁处于底座正上方，两支架之间，为钕铁硼强力磁铁，高度为8-12cm，内部U型开口宽度大于6cm，一端为N极，一端为S极，U型磁铁中间底部开孔，与U型磁铁旋转轴紧密固定。

进一步，所述的金属环处于U型磁铁开口中间，可为长方形、圆形金属环，材质可以为铝或铜，金属环环面宽度为3-5cm，金属环长轴5cm-7cm，短轴4cm-5cm。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型可以形象生动的演示楞次定律阻碍相对运动的内涵，即闭合回路中感应电流若是由相对运动引起，则阻碍相对运动。本实用新型采用磁感应强度大于三千高斯的钕铁硼磁铁代替普通磁铁，演示实验效果较传统形阻碍相对运动楞次定律演示仪更佳，演示仪器金属环会快速旋转，避免学生认为是由手所带的“风”引起的，且实验仪器操作简单，携带方便。

附图说明

图1为一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置结构图

具体实施方式

以下结合实施案例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

本实用新型可以通过如下的方式实现：

如图1所示，按设计图纸机械加工铝合金底座1，底座长50cm，宽35cm，高3cm，底座顶面开有8个螺纹孔，可以通过螺栓将U型磁铁支架2、金属环支架3拧紧固定于底座上，底座底部平整，安装有防滑胶垫，可以稳定放置于实验台桌面。用车床加工铝合金棒料，制成U型磁铁支架2、金属环支架3，支架底部有凸台，凸台上开有供螺丝穿过与底座固定的圆孔，支架主体呈圆柱形，直径3cm。其中U型磁铁支架2，高度25cm，顶部螺栓连接直径5cm轴承套，轴承套内部装有高速轴承，高速轴承用于固定U型磁铁旋转轴4；金属环支架3，高度32cm，在27.5cm高度处开有圆孔，内嵌入轴承，用于固定金属环旋转轴5。

按照设计图纸用车床加工U型磁铁旋转轴4、金属环旋转轴5，其中U型磁铁旋转轴4可紧密合装入U型磁铁支架2顶端的高速轴承，在U型磁铁旋转轴4尾部用车床压花，方便实验人员手持旋转。金属环旋转轴5可紧密和装入金属环支架3开孔内嵌轴承中。

取钕铁硼强力U型磁铁6，高度为12cm，内部U型开口宽度为7cm，一端为N极，一端为S极，U型磁铁中间底部开孔，与U型磁铁旋转轴4紧密固定。当转动U型磁铁旋转轴4尾部压花部分把手时，U型磁铁在高速轴承固定下，可顺畅高速转动。

取长方形铝制金属环，环面宽度为3cm，长轴5cm，短轴4cm。沿长轴方向在铝环上打孔，插入金属环旋转轴5，并将旋转轴5顶部与铝制金属环7紧密固定。使固定于旋转轴5上的铝制金属环7可以自由旋转。

装置连接固定后，使铝制金属环7短轴尺寸小于U型磁铁6开口，并使金属环位于U型磁铁开口内，但金属环与磁铁非接触，当顺时针旋转U型磁铁时，金属环隔空随磁铁顺时针旋转，逆时针旋转U型磁铁时，金属环隔空随磁铁逆时针旋转，本装置利用U型磁铁与金属环演示楞次定律，便于楞次定律的直观展示，使学生充分深刻理解楞次定律中的“阻碍”的思想。

Claims (5)

1.一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，其特征在于：包括底座、U型磁铁支架、金属环支架、U型磁铁旋转轴、金属环旋转轴、U型磁铁、金属环，U型磁铁固定于旋转轴上，可以自由旋转，旋转轴通过支架固定在底座上，同样方法固定金属环，使金属环可以独立自由旋转，金属环短轴尺寸小于U型磁铁开口，并使金属环位于U型磁铁开口内，但金属环与磁铁非接触，当顺时针旋转U型磁铁时，金属环隔空随磁铁顺时针旋转，逆时针旋转U型磁铁时，金属环隔空随磁铁逆时针旋转；金属环为长方形，沿长轴方向在金属环上打孔，插入金属环旋转轴，并将旋转轴顶部与金属环紧密固定。

2.根据权利要求1所述的一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，其特征在于：所述的底座用于整个装置的支撑与水平固定，其形状为长方体，其材质为钢、铝合金、或硬质塑料。

3.根据权利要求1所述的一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，其特征在于：所述的U型磁铁支架与金属环支架，材质为不锈钢或铝合金，形状为圆柱体，底端固定于底座上，上端安装有轴承，可以分别与U型磁铁旋转轴、金属环旋转轴紧密连接，使两轴可以分别独立顺畅旋转。

4.根据权利要求1所述的一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，其特征在于：所述的U型磁铁，为钕铁硼强力磁铁，高度为8-12cm，内部U型开口宽度大于6cm，一端为N极，一端为S极，U型磁铁中间底部开孔，与U型磁铁旋转轴紧密固定。

5.根据权利要求1所述的一种通过U型磁铁演示楞次定律的实验装置，其特征在于：所述的金属环材质为铝或铜，金属环环面宽度为3-5cm，金属环长轴5cm-7cm，短轴4cm-5cm。