一種法拉第電磁感應(yīng)定律綜合演示實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種法拉第電磁感應(yīng)定律綜合演示實(shí)驗(yàn)裝置，包括定性探究部分和定量探究部分，其特征是定性探究包括線圈，條形磁鐵，發(fā)光二極管，發(fā)光二極管和線圈組成閉合電路，條形磁鐵以不同的速度從線圈中抽出，用發(fā)光二極管的亮度來(lái)顯示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；定量探究部分包括線圈、條形磁鐵、發(fā)光二極管、電容器、萬(wàn)用表、PVC管，將線圈固定在PVC管上，并將線圈、發(fā)光二極管和電容器串聯(lián)組成閉合電路，讓條形磁鐵從標(biāo)有高度示數(shù)上自由下落并穿過(guò)線圈，用萬(wàn)用表測(cè)出電容器兩端的電勢(shì)差。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便。
【專利說(shuō)明】一種法拉第電磁感應(yīng)定律綜合演示實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種演示實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種法拉第電磁感應(yīng)定律綜合演示實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是“電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率成正比”。該定律揭示了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系，是整個(gè)電磁學(xué)的核心內(nèi)容之一，同時(shí)也為后續(xù)學(xué)習(xí)互感、渦流、交流電等知識(shí)奠定了基礎(chǔ)，在整個(gè)高中物理中占據(jù)重要的地位。
[0003]法拉第電磁感應(yīng)定律教學(xué)，傳統(tǒng)的方法是只進(jìn)行定性的探究，用靈敏檢流計(jì)顯示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，用條形磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)表征通過(guò)線圈的磁通量，用條形磁鐵穿過(guò)線圈的快慢來(lái)表征通過(guò)線圈磁通量的變化時(shí)間。由于靈敏檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)速度快，且不會(huì)穩(wěn)定在某一固定的示數(shù)，所以，只能通過(guò)靈敏檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小來(lái)定性的判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，不能準(zhǔn)確地測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值；由于用手來(lái)控制條形磁鐵穿過(guò)線圈的快慢，所以，也只能定性的判斷通過(guò)線圈磁通量的變化時(shí)間，不能準(zhǔn)確地測(cè)量通過(guò)線圈磁通量的變化時(shí)間。具體的實(shí)驗(yàn)方法是:先讓磁鐵以不同的快慢穿過(guò)同一線圈，較快穿過(guò)時(shí)，靈敏檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度的大，較慢穿過(guò)時(shí)，靈敏檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度的小，由此得出“當(dāng)磁通量的變化量不變時(shí)，磁通量的變化時(shí)間短，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大，磁通量的變化時(shí)間長(zhǎng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小”的定性的實(shí)驗(yàn)結(jié)論；然后，讓磁強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)度不同的條形磁鐵以相同的快慢穿過(guò)同一線圈，磁強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)度大的條形磁鐵，靈敏檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度的大，磁強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)度小的條形磁鐵，靈敏檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度的小，由此得出“當(dāng)磁通量的變化時(shí)間不變時(shí)，磁通量的變化量大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大，磁通量的變化量小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小”的定性的實(shí)驗(yàn)結(jié)論；再根據(jù)上述兩實(shí)驗(yàn)結(jié)論，推理得出“通過(guò)線圈磁通量的變化率大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大，通過(guò)線圈磁通量的變化率小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小”的定性的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供了一種演示實(shí)驗(yàn)裝置，可以定性和定量地探究法拉第電磁感應(yīng)定律。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便，深受師生歡迎。
[0005]磁通量的變化量Δ#的控制。根據(jù)磁通量的數(shù)學(xué)表達(dá)式= -VBS,可以通過(guò)改變線圈匝數(shù)來(lái)改變磁通量的變化量Δ#。
[0006]磁通量的變化時(shí)間M的控制。定性探究用條形磁鐵抽出線圈的快慢來(lái)控制，條形磁鐵快速?gòu)木€圈中抽出，磁通量的變化時(shí)間Δt?。粭l形磁鐵慢速?gòu)木€圈中抽出，磁通量的變化時(shí)間Δ『大。定量探究用條形磁鐵自由下落的高度Ar來(lái)控制，因?yàn)橥ㄟ^(guò)線圈磁通量的變化時(shí)間由條形磁鐵穿過(guò)線圈的速度r決定，當(dāng)條形磁鐵自由下落的高度丑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線圈的高度I時(shí)，條形磁鐵自由穿過(guò)線圈的運(yùn)動(dòng)可以近似為勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)自由落體和勻速運(yùn)動(dòng)的公式，可以推導(dǎo)出:Δt=L/√2gH因此，可以通過(guò)改變條形磁鐵自由下落的高度Ii來(lái)改變通過(guò)線圈磁通量的變化時(shí)間Δt ；
[0007]感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的表征。定性探究用發(fā)光二極管的亮度來(lái)表征感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，發(fā)光二極管越亮，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大；發(fā)光二極管越暗，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小。定量探究用發(fā)光二極管和電容器是串聯(lián)組成電路來(lái)顯示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小，當(dāng)條形磁鐵自由穿入線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使發(fā)光二極管正向?qū)úl(fā)光，電容器可以將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(感應(yīng)電荷)儲(chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)條形磁鐵自由穿出線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使發(fā)光二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，所以，電容器只能將條形磁鐵自由穿入線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(感應(yīng)電荷)儲(chǔ)存起來(lái)，因此，用萬(wàn)用表測(cè)出電容器兩端的電勢(shì)差就是條形磁鐵自由穿入線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
[0008]本實(shí)用新型是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一種法拉第電磁感應(yīng)定律綜合演示實(shí)驗(yàn)裝置，包括定性探究部分和定量探究部分，其特征是定性探究包括繞有不同匝數(shù)的線圈，條形磁鐵，發(fā)光二極管，發(fā)光 二極管連接線圈，條形磁鐵以不同的速度從線圈中抽出，用發(fā)光二極管的亮度來(lái)顯示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；定量探究部分包括繞有不同匝數(shù)的線圈，條形磁鐵，發(fā)光二極管、電容器，萬(wàn)用表，標(biāo)有高度示數(shù)的PVC管，將線圈固定在PVC管上，并將線圈、發(fā)光二極管和電容器串聯(lián)組成閉合電路，讓條形磁鐵從PVC管上自由下落并穿過(guò)線圈，用萬(wàn)用表測(cè)出電容器兩端的電勢(shì)差就是條形磁鐵自由穿入線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)效果是:本演示實(shí)驗(yàn)裝置不僅可以定性而且可以定量地探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化量和磁通量的變化時(shí)間之間的關(guān)系。定性探究用線圈匝數(shù)來(lái)表征通過(guò)線圈的磁通量，用條形磁鐵運(yùn)動(dòng)的快慢來(lái)表征通過(guò)線圈磁通量的變化時(shí)間，用發(fā)光二極管的亮度來(lái)表征感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。定量探究用線圈匝數(shù)來(lái)表征通過(guò)線圈的磁通量，用條形磁鐵自由下落的高度來(lái)表征通過(guò)線圈磁通量的變化時(shí)間，用用發(fā)光二極管和電容器是串聯(lián)組成電路來(lái)顯示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小，串聯(lián)發(fā)光二極管的電容器可以將條形磁鐵自由穿入線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(感應(yīng)電荷)儲(chǔ)存起來(lái)，用萬(wàn)用表測(cè)出電容器兩端的電勢(shì)差即條形磁鐵自由穿入線圈時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，消除學(xué)生心中疑慮，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和不懈的探索精神。實(shí)現(xiàn)了定性和定量探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與穿過(guò)線圈磁通量的變化量Δ#和磁通量的變化時(shí)間Δ?之間的關(guān)系，從而達(dá)到綜合探究法拉第電磁感應(yīng)定律的目的。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的定性探究部分示意圖。
[0011]圖2是本實(shí)用新型的定量探究部分示意圖。
[0012]圖中11.條形磁鐵I 12.線圈I 13.發(fā)光二極管I 21.條形磁鐵II 22.PVC管23.線圈II 24.發(fā)光二極管II 25.電容器26.萬(wàn)用表。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，一種法拉第電磁感應(yīng)定律綜合演示實(shí)驗(yàn)裝置，包括定性探究部分和定量探究部分，
[0014]定性探究部分:線圈I 12和發(fā)光二極管I 13串聯(lián)組成閉合電路；條形磁鐵I 11從線圈I 12中抽出，用發(fā)光二極管I 13的亮度顯示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。
[0015]定量探究部分:線圈II 23固定在PVC管22上；線圈II 23、發(fā)光二極管II 24、電容器25串聯(lián)組成閉合電路；條形磁鐵II 21從PVC管22上自由下落，用萬(wàn)用表26測(cè)電容器25兩端電勢(shì)差為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。
[0016]應(yīng)用所述演示實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法
[0017]一、定性探究
[0018]1、探究當(dāng)磁通量的變化時(shí)間泣不變時(shí)，磁通量的變化量Λ#越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，磁通量變化量Λ#越小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小。
[0019](I)將兩個(gè)不同匝數(shù)的線圈I 12分別與兩個(gè)發(fā)光二極管I 12串聯(lián)。
[0020](2)將條形磁鐵I 11從線圈I 12中抽出，與匝數(shù)多的線圈I 12串聯(lián)的發(fā)光二極管I 13比與匝數(shù)少的線圈I 12串聯(lián)的發(fā)光二極管I 13更亮。
[0021](3)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論一當(dāng)磁通量的變化時(shí)間Ar不變時(shí)，磁通量的變化量Δ#越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，磁通量變化量越小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小。
[0022]2、探究當(dāng)磁通量的變化量不變時(shí)，磁通量的變化時(shí)間土越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越
小，磁通量的變化時(shí)間Ar越小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。
[0023](I)將一個(gè)線圈I 12與一個(gè)發(fā)光二極管I 12串聯(lián)。
[0024](2)將條形磁鐵I 11以不同的速度從線圈I 12中抽出，條形磁鐵I 11快速抽出時(shí)，發(fā)光二極管I 12的亮度，比條形磁鐵I 11慢速抽出時(shí)小。
[0025](3)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論一當(dāng)磁通量的變化量不變時(shí)，磁通量的變化時(shí)間Λ?越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小，磁通量的變化時(shí)間ΔΙ越小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。
[0026]3、探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與穿過(guò)線圈磁通量的變化率
【權(quán)利要求】
1.一種法拉第電磁感應(yīng)定律綜合演示實(shí)驗(yàn)裝置，包括定性探究部分和定量探究部分，其特征是定性探究包括線圈，條形磁鐵，發(fā)光二極管，發(fā)光二極管和線圈組成閉合電路，條形磁鐵以不同的速度從線圈中抽出，用發(fā)光二極管的亮度來(lái)顯示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；定量探究部分包括線圈、條形磁鐵、發(fā)光二極管、電容器、萬(wàn)用表、PVC管，將線圈固定在PVC管上，并將線圈、發(fā)光二極管和電容器串聯(lián)組成閉合電路，讓條形磁鐵從標(biāo)有高度示數(shù)上自由下落并穿過(guò)線圈，用萬(wàn)用表測(cè)出電容器兩端的電勢(shì)差。
2.如權(quán)利要求1所述的法拉第電磁感應(yīng)定律綜合演示實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述PVC管標(biāo)有高度示數(shù)。
【文檔編號(hào)】G09B23/18GK203825916SQ201420256288
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】蔣達(dá)國(guó), 余曉光, 劉嬌, 謝仁卿, 金示顯, 張宇文 申請(qǐng)人:井岡山大學(xué)