CN218069154U - 一种力电磁多功能教学实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种力电磁多功能教学实验仪，底座底端设置有滚轮，连板和固定板上分别固定有极性相反的强磁铁，挂板上还活动设置有作为单匝或多匝线圈的未封闭方形导电环，电磁感应开关、灵敏电流计和导电环串接成第一回路，电池盒、定则开关、灯泡、二极管座和导电环串接成第二回路；轻轻推动装置整体使导线框绕轴套来回摆动即可实现受迫振动与共振演示，底板固定，导电环摆动过程中切割磁感线，能模拟出闭合电路的部分导体切割磁感线运动，演示了电磁感应现象，第二回路通电后静止的导电环在磁感线之间摆动，演示了安培力，通过二极管座上发光二极管选择第二回路电流的方向，根据电流的方向以及导线框摆动方向还可以演示安培力、左定则手、右手定则。

Description

一种力电磁多功能教学实验仪

技术领域

本实用新型属于物理教学设备，具体涉及一种高中物理教学实用力电磁多功能教学实验仪。

背景技术

力、电磁感应、动量守恒、能量守恒为物理学习中重要的基础知识和主干知识，为了能让学生化抽象为具体，更好的理解、记忆和应用相关知识，需要使用实验仪器对电磁感应现象进行直观演示和研究。

当今高中物理实验仪器大部分陈旧过时，有的笨重复杂效果欠佳，致使教学实验停留在口头上或试题上，难得有老师自制教具，却往往简陋粗糙，结构比较单一，极少有多功能集成的实验仪器，本发明力争改变这样的现状。

实用新型内容

为了减少教师的实验工作量，加强学生的综合探究实验能力，加强学生创新性的培养，体现实验的趣味性，本实用新型提供了一种集成了动量守恒、复摆模型、电磁感应以及安培力与左定则手/右手定则等实验演示研究的教学仪器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种力电磁多功能教学实验仪，包括长方形底座以及并排固定在底座上的两个支撑框架，底座底端设置有滚轮，支撑框架上连接有竖直向的挂板，两个挂板之间连接有水平向的连板，所述的底座设置有位于连板下方的固定板，所述的连板和固定板上分别固定有极性相反的强磁铁，所述的挂板上还活动设置有作为单匝或多匝线圈的未封闭方形导电环，导电环的四个边分别位于挂板外侧和连板的上下侧，支撑框架上设置有电磁感应开关和灵敏电流计，所述的电磁感应开关、灵敏电流计和导电环串接成第一回路，支撑框架上还设置有电池盒、定则开关和灯泡，挂板上还设置有二极管座，所述的二极管座上通过并联的两个支路分别连接有方向相反的发光二极管，每个支路上分别设置有开断开关，所述的电池盒、定则开关、灯泡、二极管座和导电环串接成第二回路。

所述的一种力电磁多功能教学实验仪，其挂板上对应设置有绝缘轴，所述的导电环插入轴套内，由铜线首尾连接形成。

所述的一种力电磁多功能教学实验仪，其导电环底端边部设置有配重条。

所述的一种力电磁多功能教学实验仪，其两个发光二极管下方设置有不同颜色的标识。

本实用新型的有益效果是：本专利实验演示使用时，断开所有开关，高高抬起导电环由静止释放，当支撑框架和底座向相反方向摆动时即可演示水平方向的动量守恒；轻轻推动导电环使其绕挂板来回摆动即可实现复摆演示；合上电磁感应开关后，导电环摆动过程中切割磁感线，能模拟出闭合电路的部分导体切割磁感线运动，灵敏电流计因此指针摆动演示了电磁感应现象。

本专利实验仪设计合理，使用方便，演示效果直观，集成程度高，节省材料，功能多，效率高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意；

图2为本实用新型的电路原理图；

图3为本实用新型的电磁感应原理图。

各附图标记为：1—底座，2—支撑框架，3—挂板，4—连板，5—固定板，6—轴套，7—导电环，8—灵敏电流计，9—电池盒，10—定则开关，11—灯泡，12—电磁感应开关，13—二极管座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1、图2和图3所示，本实用新型公开了一种力电磁多功能教学实验仪，包括绝缘体（如木头）搭建的长方形底座1以及并排固定在底座1上的两个П字形支撑框架2，底座1底端设置有滚轮，便于底座1在水平面自如行走，支撑框架2上连接有竖直向的挂板3，两个挂板3之间连接有水平向的连板4，即挂板3和连板4构成一个倒置且与支撑框架2垂直的一个П字形框架，所述的底座1设置有位于连板4下方的固定板5，所述的连板4和固定板5上分别固定有极性相反的强磁铁，比如固定板5上设置S极强磁铁，而连板4上设置N极强磁铁，所述的挂板3上还活动设置有作为单匝或多匝线圈的未封闭方形导电环7，作为具体的实施例，在挂板3上对应设置有绝缘轴套6，所述的导电环7插入轴套6内，由铜线首尾连接形成，这样导电环7的四个边分别位于挂板3外侧和连板4的上下侧，为了使摆动更平稳，在导电环7底端边部设置有配重条，支撑框架2上设置有电磁感应开关12和灵敏电流计8，所述的电磁感应开关12、灵敏电流计8和导电环7串接成第一回路。藉此，本专利申请的教学实验演示仪可完成机械振动演示、电磁感应演示、左定则手与右手定则演示：作为具体的实施例，在挂板3上对应设置有轴套6，所述的导电环7插入轴套6内，由铜线首尾连接形成，这样导电环7的四个边分别位于挂板3外侧和连板4的下侧，轻轻推动整体使导电环7使其绕轴套6转动，而导电环7下边部会在连板4下方来回摆动，断开所有开关的情况下，在摆动过程中忽略空气阻力，导电环7只受重力和水平向轴套6的反作用力（摩擦力），此时的摆动即为复摆；其摆动具有周期性，因底座1与支撑的水平面摩擦力小，还可手动演示共振，以及演示受迫振动与阻尼振动。

合上电磁感应开关12后，导电环7摆动过程中，导电环7下边部切割S极强磁铁和N极强磁铁之间的磁感线，模拟出了闭合电路的部分导体切割磁感线运动，在回路上产生电流，灵敏电流计8因此指针摆动，演示了电磁感应现象。

进一步，支撑框架2上还设置有安装电池的电池盒9、定则开关10和灯泡11，电池盒9、定则开关10、灯泡11和导电环7串接成第二回路，合上定则开关10后灯泡11发光显示第二回路通电，此时静止的导电环7在S极强磁铁和N极强磁铁之间偏转，藉此演示安培力、左定则手与右手定则演示。

更进一步，在挂板3上还设置有二极管座13，所述的二极管座13上通过并联的两个支路分别连接有方向相反的发光二极管，即反向并联两个颜色标识不同的发光二极管，每个支路上分别设置有开断开关，而且二极管座13串入第二回路，通过开断开关选择一个发光二极管开启一个发光二极管关闭，即可选择第二回路电流的方向，根据电流的方向，以及导电环7往一个方向摆动即可得知其受力方向，且已知上方磁场为N极，下方磁场为S极，可以演示左手定则或右手定则。改变电流方向又可以反向演示。

本专利实验演示仪从动量及能量转化的角度看，分以下几种情况。

断开所有开关，抬起带配重条的导电环7由静止释放，因为底座1底端滚轮与地面摩擦力特别小，忽略该摩擦力以及导电环7转动摩擦整个试验仪的合外力是为零，所以在水平方向上动量守恒，导电环7往左摆动时整个试验仪要往右摆，因此要往右滚动，反之往右摆动的时候往左滚动，以此演示水平方向动量守恒。П字形支撑框架2和带滚轮底座1向相反反向来回运动，可以体现出水平方向动量守恒和总的能量守恒。

复摆摆动，可以看到重力势能与动能相互转化；从长时间来看，振幅逐渐减小，为阻尼振动，机械能转化为内能。

合上电磁感应开关12，复摆摆动过程中，在下方切割磁感线，模拟出了闭合电路的部分导体切割磁感线运动，发光二极管间隔闪亮或灵敏电流计8指针摆动，振幅减小速度比阻尼振动快，机械能转化为内能的同时还转化为电能。

合上定则开关10接通电源，灯泡11与其中一个发光二极管亮显示了电流方向，导电环7往一个方向摆动，电能转化为机械能。

本专利演示装置设计科学合理，操作简单，无安全隐患，使用方便，演示效果生动直观，功能强大，真正达到了低碳环保简约和高效。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来及所教学生来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种力电磁多功能教学实验仪，其特征在于：包括底座（1）以及并排固定在底座（1）上的两个支撑框架（2），底座（1）底端设置有滚轮，支撑框架（2）上连接有竖直向的挂板（3），两个挂板（3）之间连接有水平向的连板（4），所述的底座（1）设置有位于连板（4）下方的固定板（5），所述的连板（4）和固定板（5）上分别固定有极性相反的强磁铁，所述的挂板（3）上还活动设置有方形导电环（7），导电环（7）的四个边分别位于挂板（3）外侧和连板（4）的上下侧，支撑框架（2）上设置有电磁感应开关（12）和灵敏电流计（8），所述的电磁感应开关（12）、灵敏电流计（8）和导电环（7）串接成第一回路，支撑框架（2）上还设置有电池盒（9）、定则开关（10）和灯泡（11），挂板（3）上还设置有二极管座（13），所述的二极管座（13）上通过并联的两个支路分别连接有方向相反的发光二极管，每个支路上分别设置有开断开关，所述的电池盒（9）、定则开关（10）、灯泡（11）、二极管座（13）和导电环（7）串接成第二回路。

2.根据权利要求1所述的一种力电磁多功能教学实验仪，其特征在于，所述的挂板（3）上对应设置有轴套（6），所述的导电环（7）插入轴套（6）内，由铜线首尾连接形成。

3.根据权利要求2所述的一种力电磁多功能教学实验仪，其特征在于，所述导电环（7）底端边部设置有配重条。

4.根据权利要求2所述的一种力电磁多功能教学实验仪，其特征在于，所述两个发光二极管下方设置有不同颜色的标识。

Images