CN104064089B - 安培力综合实验探究平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安培力综合实验探究平台，属于教育或演示用具；特别是用于演示电磁学中安培力的实验装置。该安培力综合实验探究平台，其特征是：包括支架，显示安培力存在的电磁运动装置，提供磁场的永磁装置，所述的电磁运动装置由放置在金属双导轨的轨道小车和安装在轨道小车尾部方形线圈组成，所述的提供磁场的永磁装置为放置在上平板左端的U形磁铁组件，U形磁铁组件开口向右平放在位于上平板的长度中心线上的凹槽内，一个磁极在上，另一个磁极在下，上方磁极可穿过方形线圈。本发明可以验证左手定则，特别是通过控制变量法，定性的验证安培力、磁感应强度、电流、导线长度的关系。是一种形象直观、结构简单的新型教具。

Description

安培力综合实验探究平台

技术领域

本发明属于教育或演示用具；特别是用于探究、演示电磁学中安培力的实验装置。

背景技术

有关安培力的创新实验并不多，尤其是很成功的分组实验就更少见。学生普遍停留在空间想象层面上，很少通过实验，亲自经历和体验。实验室有关安培力的传统演示器材，即通电方形线圈挂于铁架台上，磁铁靠近，观察线圈摆动。该实验器材太简易，很不方便操作，很难定格空间位置，对有关安培力空间方位的问题分析造成很大的困难，且控制变量法无法全面体现。

发明内容

为了克服现有的实验设备功能单一，不方便操作，空间方位不易定格，不适合中学物理实验探究使用的不足,本发明提供一种安培力综合实验探究平台，该安培力综合实验平台不仅可以完成以轨道小车为载体的方形线圈在安培力作用下的加速运动，并定格空间方位，验证左手定则，特别是可以通过控制变量法，定性的验证安培力、磁感应强度、电流、导线长度的关系，效果非常显著。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种安培力综合实验探究平台，其特征是：包括支架，显示安培力存在的电磁运动装置，提供磁场的永磁装置，

所述的支架包括底座、安装在底座上的两支架立板、连接着两立板的上平板和底板，以及安装在底板下方的器械箱。

所述的电磁运动装置由放置在金属双导轨的轨道小车和安装在轨道小车尾部的方形线圈组成，方形线圈两端头与轨道小车车轮、金属双导轨、鳄鱼夹、导线、开关、学生电源依次电连接，所述的金属双导轨为位于上平板表面相互绝缘的两平行的金属板。

所述的提供磁场的永磁装置为放置在上平板左端的U形磁铁组件，U形磁铁组件开口向右平放在位于上平板的长度中心线上的凹槽内，一个磁极在上，另一个磁极在下，上方磁极可穿过方形线圈。

所述的上平板的侧边固定着刻度尺。

所述的U形磁铁组件包括两块并列的大U形磁铁或一独立块大U形磁铁或两块并列的小U形磁铁。

所述的上平板左端的支架立板上装有水平缓冲弹簧。

所述的轨道小车左右两侧的轮子彼此绝缘，前后金属车轴都是用绝缘材料对接。

本发明的使用方法是：

1.通过控制变量法，定性的验证安培力、磁感应强度、电流、导线长度的关系：

(1)用两块并列大U形磁铁放在位于上平板的长度中心线上凹槽内，将轨道小车放在靠近磁铁一端，并让磁铁的一极穿过方形线圈，学生电源电压调至16V，闭合开关，则电源、金属双轨道、线圈、小车两后轮即形成闭合回路，方形线圈的水平边因受安培力，而使轨道小车加速，依次将电压调至12V、10V、8V、6V分别观察轨道小车的运动情况，并分别记录其滑行的距离。

(2)用两块并列小U形磁铁替代两块并列大U形磁铁，重复上述步骤(1)的操作。

(3)用一块独立大U形磁铁替代两块并列大U形磁铁，重复上述步骤(1)的操作。

2.验证左手定则：

(1)用两块并列大U形磁铁放在位于上平板的长度中心线上凹槽内，将轨道小车放在靠近磁铁一端，并让磁铁的一极穿过方形线圈，学生电源电压调至16V，闭合开关，则电源、金属双轨道、线圈、小车两后轮即形成闭合回路，方形线圈的水平边因受安培力，而使加速器加速，根据磁极明确磁场方向、根据电源极性及线圈的绕向，明确通过线圈水平边的电流的方向、根据小车的加速方向明确线圈水平边所受安培力的方向，看着相关器材的空间方位，轻松确认相关物理量的方向，从而探究、验证左手定则。

(2)改变磁场方向，重复上述验证左手定则的步骤(1)的操作，再验证。

(3)改变电流方向，重复上述验证左手定则的步骤(1)的操作，再验证。

本发明的有益效果是本实验探究平台可以完成以轨道小车为载体，方形线圈在安培力作用下的加速运动，并定格空间方位，方形线圈是通过增加匝数来有效的放大电流，从而增强安培力的显示效果的，线圈的匝数多达600多匝，放大思想是物理创新设计的重要思路，该思想在本实验平台中得到充分的体现。本实验探究平台可以验证左手定则，特别是通过控制变量法，定性的验证安培力、磁感应强度、电流、导线长度的关系。设备形象直观、结构简单、使用方便，为中学物理学教学提供了一种新型教具。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1的俯视图。

图中，1.底座，2.金属双轨道，3.U形磁铁组件，4.方形线圈，5.轨道小车，6.刻度尺，7.鳄鱼夹，8.缓冲弹簧，9.学生电源，10.底板，11.开关，12.器械箱，13.支架立板。

具体实施方式

本发明的具体实施方式是，如图所示：

实施例1，一种安培力综合实验探究平台，其特征是：包括支架，显示安培力存在的电磁运动装置，提供磁场的永磁装置，

所述的支架包括底座1、安装在底座上的支架立板13连接着两立板的上平板、底板10和安装在底板下方的器械箱12。

所述的电磁运动装置由放置在金属双导轨2的轨道小车5和安装在轨道小车尾部方形线圈4组成，方形线圈两端头与轨道小车车轮、金属双导轨、鳄鱼夹7、导线、开关11、学生电源9依次电连接，所述的金属双导轨为位于上平板表面相互绝缘的两平行的金属板。

所述的提供磁场的永磁装置为放置在上平板左端的U形磁铁组件3，U形磁铁组件开口向右平放在位于上平板的长度中心线上的凹槽内，一个磁极在上，另一个磁极在下，上方磁极可穿过方形线圈。

实施例2，一种安培力综合实验探究平台，其特征是：包括支架，显示安培力存在的电磁运动装置，提供磁场的永磁装置，

所述的支架包括底座1、安装在底座上的支架立板13连接着两立板的上平板、底板10和安装在底板下方的器械箱12。

所述的电磁运动装置由放置在金属双导轨2的轨道小车5和安装在轨道小车尾部方形线圈4组成，方形线圈两端头与轨道小车车轮、金属双导轨、鳄鱼夹7、导线、开关11、学生电源9依次电连接，所述的金属双导轨为位于上平板表面相互绝缘的两平行的金属板。

所述的提供磁场的永磁装置为放置在上平板左端的U形磁铁组件3，U形磁铁组件开口向右平放在位于上平板的长度中心线上的凹槽内，一个磁极在上，另一个磁极在下，上方磁极可穿过方形线圈。

所述的上平板的侧边固定着刻度尺6。

所述的U形磁铁组件包括两块并列的大U形磁铁或一独立块大U形磁铁或两块并列的小U形磁铁。

所述的上平板左端的支架立板上装有水平缓冲弹簧8。

所述的轨道小车左右两侧的轮子彼此绝缘，前后金属车轴都是用绝缘材料对接。

Claims (6)

1.一种安培力综合实验探究平台，其特征是：包括支架，显示安培力存在的电磁运动装置，提供磁场的永磁装置，

所述的支架包括底座、安装在底座上的两支架立板、连接着两支架立板的上平板和底板，以及安装在底板下方的器械箱；

所述的电磁运动装置由放置在金属双导轨的轨道小车和安装在轨道小车尾部的方形线圈组成，方形线圈两端头与轨道小车车轮、金属双导轨、鳄鱼夹、导线、开关、学生电源依次电连接，所述的金属双导轨为位于上平板表面相互绝缘的两平行的金属板，金属双导轨上分别连接着鳄鱼夹；

所述的提供磁场的永磁装置为放置在上平板左端的U形磁铁组件，U形磁铁组件开口向右平放在位于上平板的长度中心线上的凹槽内，一个磁极在上，另一个磁极在下，上方磁极可穿过方形线圈。

2.根据权利要求1所述的安培力综合实验探究平台，其特征是：所述的上平板的侧边固定着刻度尺。

3.根据权利要求1所述的安培力综合实验探究平台，其特征是：所述的U形磁铁组件包括两块并列的大U形磁铁或一独立块大U形磁铁或两块并列的小U形磁铁。

4.根据权利要求1所述的安培力综合实验探究平台，其特征是：所述的上平板右端的支架立板上装有水平缓冲弹簧。

5.根据权利要求1所述的安培力综合实验探究平台，其特征是：所述的轨道小车左右两侧的轮子彼此绝缘，前后金属车轴都是用绝缘材料对接。

6.权利要求3所述的安培力综合实验探究平台的使用方法，其特征是：A.通过控制变量法，定性的验证安培力、磁感应强度、电流、导线长度的关系：

(1)用两块并列大U形磁铁放在位于上平板的长度中心线上凹槽内，将轨道小车放在靠近磁铁一端，并让磁铁的一极穿过方形线圈，学生电源电压调至16V，闭合开关，则电源、金属双轨道、线圈、小车两后轮即形成闭合回路，方形线圈的水平边因受安培力，而使轨道小车加速，依次将电压调至12V、10V、8V、6V分别观察轨道小车的运动情况，并分别记录其滑行的距离，

(2)用两块并列小U形磁铁替代两块并列大U形磁铁，重复上述步骤(1)的操作，

(3)用一块独立大U形磁铁替代两块并列大U形磁铁，重复上述步骤(1)的操作；

B.验证左手定则：

(1)用两块并列大U形磁铁放在位于上平板的长度中心线上凹槽内，将轨道小车放在靠近磁铁一端，并让磁铁的一极穿过方形线圈，学生电源电压调至16V，闭合开关，则电源、金属双轨道、线圈、小车两后轮即形成闭合回路，方形线圈的水平边因受安培力，而使加速器加速，根据磁极明确磁场方向、根据电源极性及线圈的绕向，明确通过线圈水平边的电流的方向、根据小车的加速方向明确线圈水平边所受安培力的方向，看着相关器材的空间方位，轻松确认相关物理量的方向，从而探究、验证左手定则，

(2)改变磁场方向，重复上述验证左手定则的步骤(1)的操作，再验证，

(3)改变电流方向，重复上述验证左手定则的步骤(1)的操作，再验证。