CN209928756U - 一种数字化安培力实验器 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种数字化安培力实验器，底座上表面设置能够绕环形中心旋转的环形圆盘，圆盘的上表面相对地站立两面方形磁铁组；每组磁铁组包括两个扁长方体的磁铁，且两个扁长方体侧放；环形圆盘的中心位置为小圆盘，小圆盘固定在方形底座表面；小圆盘的表面设置用于插上线圈的接口，通过接口线圈与设置在底座内部的电路相连；线圈中的包括两个不同匝数的分线圈；线圈的底部设置与力传感器相连的接口，线圈的顶部设置磁敏传感器；线圈站立在两面方形磁铁组之间；带动环形圆盘转动的电机安装在底座内腔中；底座内腔中安装用于控制线圈电流大小的电路。本装置不需要支架等辅助器材悬挂力传感器与磁敏传感器，从而减少实验时间，效果更好。

Description

一种数字化安培力实验器

技术领域

本发明涉及物理教学领域，具体涉及一种数字化安培力实验器。

背景技术 安培力，是通电导线在磁场中受到的作用力。由法国物理学家安培首先通过实验确定。其表述为：以电流强度为I的长度为L的直导线，置于磁感应强度为B的均匀外磁场中，则导线受到的安培力的大小为F＝IBLsinα，式中α为导线中的电流方向与B方向之间的夹角，f、L、I及B的单位分别为N、m、A及T。安培力的方向垂直于由通电导线和磁场方向所确定的平面，且I、B与F三者的方向间由左手定则判定。任意形状导线在均匀磁场中受到的安培力，可看作无限多直线电流元IΔL在磁场中受到的安培力的矢量和。

现有技术申请号为：CN201810718114，专利名称为：一种安培力教学实验装置公开了一种能够演示安培力的装置。该装置通过开关连通电路，观察弹簧秤和安培表，并通过调整滑动变阻器，改变电路电流的大小，从而观察弹簧秤和安培表上的相应变化。但是依然存在以下的问题：（1）磁场无法达到匀强磁场状态；（2）线圈更换最多只有2组，线圈更换只是更换单组线圈的方向（3）力的读数使用悬挂式测试力的大小误差大。（4）磁场角度改变无法实现准确的正弦关系。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题本实用新型提出一种数字化安培力实验器，能够清楚的进行探究出高中物理教学内容：安培力受磁场大小、电流大小、线圈在磁场内的有效长度，以及磁场与线圈的长度方向的夹角的正弦值成正比关系。

2.技术方案：

一种数字化安培力实验器，包括方形底座；所述底座上表面设置能够绕环形中心旋转的环形圆盘，圆盘的上表面相对地站立两面方形磁铁组，两面磁铁组相距预设的距离；每组磁铁组包括两个扁长方体的磁铁，且两个扁长方体侧放；所述环形圆盘的中心位置为小圆盘，小圆盘固定在方形底座表面；所述小圆盘的表面设置用于插上线圈的接口，通过接口线圈与设置在底座内部的电路相连；所述线圈中的包括两个不同匝数的分线圈；线圈的底部设置与力传感器相连的接口，线圈的顶部设置磁敏传感器；所述线圈站立在两面方形磁铁组之间；所述力传感器固定安装在小圆盘上；带动环形圆盘转动的电机安装在底座内腔中；所述底座内腔中安装用于控制线圈电流大小的电路。

进一步地，所述分线圈包括上线圈与下线圈；所述上线圈与下线圈通过线圈支架上下并列排放；所述线圈支架为长方体；所述线圈支架表面设置匝数开关；所述匝数开关控制连入电路中的线圈的匝数。

进一步地，所述方形底座设置电源接口，电源接口通过导线与电源相连；所述方形底座设有调节电流大小的旋钮。

进一步地，所述环形圆盘为带有刻度的圆盘。

进一步地，所述小圆盘与线圈之间的接口为磁吸接口。

进一步地，还包括显示装置；所述显示装置接收来自力传感器与磁敏传感器的信号，并显示出来。

3.有益效果：

（1）本装置使用两个方形磁铁放置在同一个磁铁盒，使线圈转动的磁场为匀强磁场状态，从而减小实验误差，使实验效果明显。

（2）本装置采用线圈为一个线圈提供两种不同长度的线圈长度，并且转换方便，使实验更方便。

（3）本装置中对安培力的采集是使用力传感器进行数字化手段采集，对磁感应强度使用磁敏传感器进行采集；不需要支架等辅助器材悬挂力传感器与磁敏传感器，从而减少实验时间，效果更好。

（4）本装置采用将磁体固定在圆盘上随转盘转动的方法，能够防止磁场角度发生改变。

附图说明

图1为本装置的整体结构图；

图2为本装置中方形底座的环形圆盘上的刻度图；

图3为本装置中的方形底座的俯视图；

图4为本装置中的线圈的正视图

图5为本装置中的线圈的侧面图；

图6为本装置中采用的磁铁盒中的磁铁的排列的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明。

如附图1至6所示，一种数字化安培力实验器，包括方形底座1；所述底座上表面设置能够绕环形中心旋转的环形圆盘2，圆盘的上表面相对地站立两面方形磁铁组3，两面磁铁组相距预设的距离；每组磁铁组包括两个扁长方体的磁铁，且两个扁长方体侧放；所述环形圆盘的中心位置为小圆盘4，小圆盘4固定在方形底座表面；所述小圆盘的表面设置用于插入线圈的接口，通过接口线圈与设置在底座内部的电路相连；所述线圈5中的包括两个不同匝数的分线圈51；线圈的底部设置与力传感器相连的接口；所述线圈站立在两面方形磁铁组3之间；所述力传感器固定安装在小圆盘上；带动环形圆盘转动的电机安装在底座内腔中；所述底座内腔中安装用于控制线圈电流大小的电路。

进一步地，所述分线圈包括上线圈与下线圈；所述上线圈与下线圈通过线圈支架52并列排放；所述线圈支架为长方体；所述线圈支架表面设置匝数开关53；所述匝数开关控制连入电路中的线圈的匝数。

进一步地，所述方形底座设置电源接口12，电源接口通过导线与电源相连；所述方形底座设有调节电流大小的旋钮11。

进一步地，所述环形圆盘为带有刻度的圆盘。

进一步地，所述小圆盘与线圈的接口为磁吸接口。

进一步地，还包括显示装置13；所述显示装置接收来自力传感器与磁敏传感器的信号，并显示出来。

具体实施例：

实验目的：验证安培力的大小与磁感应强度、电流的关系；

实验步骤：

步骤一：将方形底座与磁铁组放置在水平位置，将电源适配器插入电源插座，打开电源开关，使实验器处于通电状态。

步骤二：选择型号最小的线圈并将档位拨至100匝，放置到磁吸接口上，旋转环形圆盘使磁场角度与线圈电流方向平行，旋转方形底座的旋钮进行调节通过线圈的电流I大小，力传感器与磁敏传感器测量此时线圈受到的安培力F和磁感应了强度B，并将数值通过显示装置显示出来，将测量的数据带入安培力公式F＝IBLsinα，验证是否满足该公式。

步骤三：改变并记录不同的磁场与线圈之间的夹角α大小，将测量出的数据进行计算验证测量的数据满足安培力公式F＝IBLsinα。

步骤四：取出小线圈，将小线圈的匝数开关拨至200匝，放回到方形底座重复进行步骤二与步骤三，观察并计算相应的物理量是否满足安培力公式。

步骤五：将小线圈更换较大型号的线圈，重复进行步骤二、三、四，观察读取并计算验证安培力公式。

步骤六：整理实验仪器。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (6)

1.一种数字化安培力实验器，其特征在于：包括方形底座；所述底座上表面设置能够绕环形中心旋转的环形圆盘，圆盘的上表面相对地站立两面方形磁铁组，两面磁铁组相距预设的距离；每组磁铁组包括两个扁长方体的磁铁，且两个扁长方体侧放；所述环形圆盘的中心位置为小圆盘，小圆盘固定在方形底座表面；所述小圆盘的表面设置用于插上线圈的接口，通过接口线圈与设置在底座内部的电路相连；所述线圈中的包括两个不同匝数的分线圈；线圈的底部设置与力传感器相连的接口，线圈的顶部设置磁敏传感器；所述线圈站立在两面方形磁铁组之间；所述力传感器固定安装在小圆盘上；带动环形圆盘转动的电机安装在底座内腔中；所述底座内腔中安装用于控制线圈电流大小的电路。

2.根据权利要求1所述的一种数字化安培力实验器，其特征在于：所述分线圈包括上线圈与下线圈；所述上线圈与下线圈通过线圈支架上下并列排放；所述线圈支架为长方体；所述线圈支架表面设置匝数开关；所述匝数开关控制连入电路中的线圈的匝数。

3.根据权利要求1所述的一种数字化安培力实验器，其特征在于：所述方形底座设置电源接口，电源接口通过导线与电源相连；所述方形底座设有调节电流大小的旋钮。

4.根据权利要求1所述的一种数字化安培力实验器，其特征在于：所述环形圆盘为带有刻度的圆盘。

5.根据权利要求1所述的一种数字化安培力实验器，其特征在于：所述小圆盘与线圈之间的接口为磁吸接口。

6.根据权利要求1所述的一种数字化安培力实验器，其特征在于：还包括显示装置；所述显示装置接收来自力传感器与磁敏传感器的信号，并显示出来。

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