本實用新型涉及物理教輔演示技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種電磁鐵演示裝置及電磁鐵演示儀器。

背景技術(shù)：

物理是一門以實踐為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實踐能夠幫助教師和學(xué)生更好的講授以及理解學(xué)習(xí)相關(guān)物理知識。在實際的物理實踐教學(xué)中，為了更加形象地說明物理問題，物理教學(xué)的開展需要教具的輔助。

目前，物理教具主要分為演示型教具和實踐型教具，演示型教具以教師操作演示為主，具有生動形象的特點，相比較而言，實踐型教具以學(xué)生實踐為主，具有直觀的特點。以奧斯特實驗演示教具為例，奧斯特實驗表明：通電導(dǎo)線周圍存在磁場，即電流具有磁效應(yīng)，奧斯特實驗電流方向與磁極間的關(guān)系則可由安培定則來判斷，其演示教具包括電源、小磁針、導(dǎo)線和開關(guān)，演示教具整體原理淺顯易懂，現(xiàn)象直觀明了。

在實現(xiàn)本實用新型過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題：傳統(tǒng)的電磁學(xué)教學(xué)教具枯燥乏味，缺乏趣味性，展示性差，教師難以通過教具調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教師為了提高演示實驗的趣味性，結(jié)合實際教學(xué)自制電磁學(xué)相關(guān)教具，又受到時間、條件等因素的限制，難以完成生動直觀的教具模型，為教學(xué)教具的普及推廣帶來了困難，因此，現(xiàn)有技術(shù)存在演示功能單一、演示過程缺乏趣味性的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種電磁鐵演示裝置及電磁鐵演示儀器，以緩解了現(xiàn)有技術(shù)存在演示功能單一、演示過程缺乏趣味性的技術(shù)問題。

第一方面，本實用新型實施例提供了一種電磁鐵演示裝置，包括電磁鐵組、圖形演示面板、驅(qū)動電路和音頻處理器；

所述電磁鐵組設(shè)置于所述圖形演示面板的底部，且與所述驅(qū)動電路相連接；

所述驅(qū)動電路還與所述音頻處理器連接；

所述音頻處理器對音頻文件進(jìn)行頻譜分析，生成并發(fā)送音頻頻譜信息；

所述驅(qū)動電路接收所述音頻頻譜信息，生成并發(fā)送電磁鐵驅(qū)動信息；

所述電磁鐵組根據(jù)所述電磁鐵驅(qū)動信息啟動；

所述圖形演示面板根據(jù)電磁鐵的啟動規(guī)律進(jìn)行圖形的顯示。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述電磁鐵組包括64根電磁鐵，每根所述電磁鐵包括鐵芯和纏繞于所述鐵芯外部的線圈。

結(jié)合第一方面的第一種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述64根電磁鐵排列方式為8行8列的矩形排列，且列寬與行高相等。

結(jié)合第一方面的第二種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述驅(qū)動電路包括音頻頻譜分析模塊和電磁鐵驅(qū)動模塊；

所述音頻頻譜分析模塊的輸出端與所述電磁鐵驅(qū)動模塊的輸入端相連接；

所述音頻頻譜分析模塊接收并分析所述音頻頻譜信息，劃分音頻頻譜區(qū)間；

所述電磁鐵驅(qū)動模塊根據(jù)所述音頻頻譜區(qū)間，生成并發(fā)送電磁鐵驅(qū)動信息。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述音頻處理器為WD302416頻譜器。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，還包括與所述音頻處理器及所述驅(qū)動電路相連接的供電裝置；

所述供電裝置輸出為DC15V。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，還包括與所述音頻處理器相連接的音頻播放器；

所述音頻播放器播放所述音頻文件。

結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所述圖形演示面板包括第一亞克力隔板、第二亞克力隔板以及置于第一亞克力隔板與第二亞克力隔板之間的金屬粉末。

結(jié)合第一方面的第七種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述金屬粉末為鐵粉。

第二方面，本實用新型實施例還提供一種電磁鐵演示儀器，包括：主體機(jī)箱、支撐底座和上述電磁鐵演示裝置；

所述支撐底座設(shè)置于所述主體機(jī)箱的底部，且與所述主體機(jī)箱通過螺栓固定連接；

所述電磁鐵演示裝置通過螺栓固定于所述主體機(jī)箱的內(nèi)部。

本實用新型實施例帶來了以下有益效果：本實用新型所提供的電磁鐵演示裝置包括電磁鐵組、圖形演示面板、驅(qū)動電路和音頻處理器，電磁鐵組設(shè)置于圖形演示面板的底部，且與驅(qū)動電路相連接，驅(qū)動電路還與音頻處理器連接，音頻處理器對音頻文件進(jìn)行頻譜分析，生成并發(fā)送音頻頻譜信息，驅(qū)動電路接收音頻頻譜信息，生成并發(fā)送電磁鐵驅(qū)動信息，電磁鐵組根據(jù)電磁鐵驅(qū)動信息啟動，圖形演示面板根據(jù)電磁鐵的啟動規(guī)律進(jìn)行圖形的顯示。該技術(shù)方案通過采用頻譜分析技術(shù)與奧斯特實驗原理相結(jié)合，將音頻文件與電磁鐵啟動的圖形顯示相匹配，圖形演示切換的響應(yīng)時間短，其與音頻文件的播放同步程度高，豐富了物理教具的演示功能，增強(qiáng)了演示過程的趣味性，演示過程形象生動且操作簡便。學(xué)生還可以通過該裝置對演示過程進(jìn)行全程觀摩，有助于學(xué)生理解物理實驗的理論原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。緩解了現(xiàn)有技術(shù)存在的演示功能單一、演示過程缺乏趣味性的技術(shù)問題。

本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，電磁鐵組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，圖形演示面板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的電磁鐵演示儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：

100-電磁鐵演示裝置；110-電磁鐵組；111-鐵芯；112-線圈；120-圖形演示面板；121-第一亞克力隔板；122-第二亞克力隔板；123-金屬粉末；130-驅(qū)動電路；131-音頻頻譜分析模塊；132-電磁鐵驅(qū)動模塊；140-音頻處理器；150-供電裝置；160-音頻播放器；200-主體機(jī)箱；300-支撐底座。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

目前，傳統(tǒng)的電磁學(xué)教學(xué)教具枯燥乏味，缺乏趣味性，展示性差，教師難以通過教具調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教師為了提高演示實驗的趣味性，結(jié)合實際教學(xué)自制電磁學(xué)相關(guān)教具，又受到時間、條件等因素的限制，難以完成生動直觀的教具模型，為教學(xué)教具的普及推廣帶來了困難，基于此，本實用新型實施例提供了一種電磁鐵演示裝置及電磁鐵演示儀器，可以豐富物理教具的演示功能，增強(qiáng)演示過程的趣味性。

參見圖1，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置100，包括電磁鐵組110、圖形演示面板120、驅(qū)動電路130和音頻處理器140。

電磁鐵組設(shè)置于圖形演示面板的底部，且與驅(qū)動電路相連接。電磁鐵組采用鐵芯柱或硅鋼片疊層作為磁軛，磁軛通常指本身不生產(chǎn)磁場、在磁路中只起磁力線傳輸?shù)能洿挪牧?，磁軛普遍采用?dǎo)磁率比較高的軟鐵、鋼以及軟磁合金來制造，在某些特殊場合，磁軛也有用鐵氧體材料來制造的。因此，上述鐵芯柱磁軛也可以采用鐵氧體材料。由于磁軛的存在，可以實現(xiàn)將通電線圈生產(chǎn)的磁力線傳輸?shù)街付ㄎ恢玫哪康?，減少漏磁現(xiàn)象的發(fā)生。

具體的，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，電磁鐵組包括64根電磁鐵，每根電磁鐵包括鐵芯111和纏繞于鐵芯外部的線圈112。電磁鐵組是實現(xiàn)圖形演示的基礎(chǔ)裝置，該電磁鐵組中的鐵芯長度及直徑根據(jù)電磁鐵演示裝置的整體尺寸可做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，一般情況下，課堂教學(xué)所采用的鐵芯長度為80至100毫米，直徑為5至10毫米。鐵芯外部采用導(dǎo)電性能強(qiáng)的銅質(zhì)導(dǎo)線或鋁質(zhì)導(dǎo)線，在鐵芯外部順時針或逆時針纏繞導(dǎo)線，通電時導(dǎo)線中存在電流，根據(jù)奧斯特實驗原理，通電導(dǎo)線周圍存在磁場，由于鐵芯磁軛的作用，將通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場聚集，此時鐵芯帶有磁性。根據(jù)安培定則，能夠判斷此時鐵芯的磁極。當(dāng)線圈中的電流中斷時，鐵芯的磁性立即消失，通過控制線圈通電情況，實現(xiàn)鐵芯的磁性可控，從而達(dá)到切換演示圖形的目的。

進(jìn)一步的，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，64根電磁鐵排列方式為8行8列的矩形排列，且列寬與行高相等。參見圖2，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，電磁鐵組的結(jié)構(gòu)示意圖。電磁鐵成矩陣均勻排布，與置于電磁鐵組上方的圖形演示面板在位置上相對應(yīng)，當(dāng)電磁鐵組中的電磁鐵成規(guī)律的啟動時，圖形演示面板中的鐵粉受到電磁鐵組中電磁鐵的磁力吸引作用，向有磁性的電磁鐵移動，形成連貫動作或特定圖形。

音頻處理器對音頻文件進(jìn)行頻譜分析，生成并發(fā)送音頻頻譜信息。音頻處理器的輸入端接收音頻文件，對接收到的音頻文件進(jìn)行頻譜分析，得到與該音頻文件對應(yīng)的音頻頻譜信息，頻譜是頻率譜密度的簡稱，是頻率的分布曲線，復(fù)雜振蕩分解為振幅不同和頻率不同的諧振蕩，這些諧振蕩的幅值按頻率排列的圖形叫做頻譜。上述音頻頻譜信息包括音頻文件的頻段信息，如高音頻段、中高音頻段、中低音頻段及低音頻段，最后將音頻頻譜信息發(fā)送至與其連接的驅(qū)動電路。

具體的，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，音頻處理器為WD302416頻譜器。WD302416頻譜器配有電源及接地引腳、電平調(diào)節(jié)引腳、3個信號輸入引腳及41個輸出引腳，能夠控制16行24列的驅(qū)動輸出信號。

上述驅(qū)動電路還與音頻處理器連接。音頻處理器的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連接。驅(qū)動電路接收音頻頻譜信息，生成并發(fā)送電磁鐵驅(qū)動信息。不同的音頻頻譜信息對應(yīng)著音頻文件中不同的聲音頻段，不同的聲音頻段對應(yīng)著不同的電磁鐵驅(qū)動信息，根據(jù)電磁鐵驅(qū)動信息啟動電磁鐵，實現(xiàn)圖形演示面板中的圖形切換。

具體的，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，驅(qū)動電路130包括音頻頻譜分析模塊131和電磁鐵驅(qū)動模塊132。音頻頻譜分析模塊的輸出端與上述音頻處理器的輸出端相連接，音頻頻譜分析模塊的輸出端與電磁鐵驅(qū)動模塊的輸入端相連接。

音頻頻譜分析模塊接收并分析音頻頻譜信息，劃分音頻頻譜區(qū)間。音頻頻譜分析模塊根據(jù)由音頻處理器發(fā)送的音頻頻譜信息，得到音頻頻譜的頻段信息，根據(jù)該頻段信息對音頻頻譜進(jìn)行區(qū)間的劃分，將高音頻段、中高音頻段、中低音頻段及低音頻段分別劃分為高音頻譜區(qū)間、中高音頻譜區(qū)間、中低音頻譜區(qū)間及低音頻譜區(qū)間。

電磁鐵驅(qū)動模塊根據(jù)音頻頻譜區(qū)間，生成并發(fā)送電磁鐵驅(qū)動信息。對應(yīng)于不同的音頻頻譜區(qū)間，電磁鐵驅(qū)動模塊生成不同的電磁鐵驅(qū)動信息，以通過電磁鐵組的磁性分布形成不同的圖形。電磁鐵驅(qū)動模塊生成的電磁鐵驅(qū)動信息包括每個纏繞在電磁鐵組中鐵芯外部的線圈的通電信息。

電磁鐵組根據(jù)電磁鐵驅(qū)動信息啟動。電磁鐵外部的線圈根據(jù)電磁鐵驅(qū)動信息啟動通電或斷電，對于每一根電磁鐵，當(dāng)電磁鐵驅(qū)動信息為啟動通電時，線圈通電，線圈所纏繞的鐵芯產(chǎn)生磁性，吸引圖形演示面板內(nèi)部的金屬粉末，產(chǎn)生位移。當(dāng)電磁鐵驅(qū)動信息為斷電時，線圈斷電，線圈所纏繞的鐵芯無磁性，圖形演示面板內(nèi)部的金屬粉末無磁力吸引，粉末在其他電磁鐵有磁力吸引時，向磁力產(chǎn)生方向移動，或粉末不受磁力吸引，靜止在原位置。

圖形演示面板根據(jù)電磁鐵的啟動規(guī)律進(jìn)行圖形的顯示。電磁鐵的啟動隨音頻文件所對應(yīng)的音頻頻譜信息而改變，即電磁鐵遵循一定的規(guī)律啟動。因此，根據(jù)電磁鐵驅(qū)動信息啟動電磁鐵時也具有一定的規(guī)律性，從而圖形演示面板內(nèi)的圖形也具有規(guī)律性，增強(qiáng)了物理實驗現(xiàn)象的直觀性和趣味性。

具體的，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，圖形演示面板120包括第一亞克力隔板121、第二亞克力隔板122以及置于第一亞克力隔板與第二亞克力隔板之間的金屬粉末123。參見圖3，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，圖形演示面板的結(jié)構(gòu)示意圖。采用亞克力隔板的圖形演示面板具有透光性能好、顏色純正、色彩豐富、美觀平整及使用壽命長的優(yōu)點，學(xué)生能夠直觀的觀察實驗現(xiàn)象。金屬粉末為能夠被磁鐵吸引的鐵磁性粉末，在展示圖形是能夠快速響應(yīng)電學(xué)磁鐵組產(chǎn)生的磁力，磁力消失時迅速脫離磁力束縛。

進(jìn)一步的，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置中，上述金屬粉末為鐵粉。鐵粉對于磁力的響應(yīng)明顯，屬于軟磁性材料，軟磁性材料的剩磁與矯頑磁力都很小，即磁滯回線很窄，它與基本磁化曲線幾乎重合。不同的鐵磁材料磁滯現(xiàn)象的程度不同，磁滯回線水平方向越寬的材料，也就是磁滯回線面積越大的材料，其磁滯現(xiàn)象越嚴(yán)重，即鐵粉在通電時能夠快速響應(yīng)磁力吸引，當(dāng)磁力消失時擺脫磁力束縛速度快，上述金屬粉末還可以采用鐵合金或其他鐵磁性材料制成的粉末，適合進(jìn)行圖形演示。

本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置，還包括與音頻處理器及驅(qū)動電路相連接的供電裝置150，供電裝置輸出為DC15V。供電裝置為裝置提供穩(wěn)定的電源輸入，根據(jù)驅(qū)動的電磁鐵數(shù)量不同可對供電裝置的輸出參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

本實用新型實施例提供的電磁鐵演示裝置，還包括與音頻處理器相連接的音頻播放器160，音頻播放器播放音頻文件。音頻播放器的輸入端與音頻處理器的輸入端同步接收音頻文件，音頻播放器內(nèi)置音頻輸出模塊，播放接收到的音頻文件，同時還可以對音頻文件進(jìn)行控制操作，如調(diào)節(jié)播放音量。以此達(dá)到圖形演示面板中的鐵粉隨著音頻播放器播放的音頻文件切換圖形的演示效果。

參見圖4，本實用新型實施例提供的電磁鐵演示儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型實施例還提供了一種電磁鐵演示儀器，包括：主體機(jī)箱200、支撐底座300和上述電磁鐵演示裝置100。支撐底座設(shè)置于主體機(jī)箱的底部，且與主體機(jī)箱通過螺栓固定連接。機(jī)箱主體采用高透光性的亞克力板材，底部配有用于與底座連接的螺紋孔，外部擋板通過玻璃封膠進(jìn)行連接，視野清晰，便于學(xué)生觀察實驗演示過程。支撐底座采用合金材料，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固耐用，支撐底座上部裝配有螺紋孔，與機(jī)箱主體底部的螺紋孔配套，主體機(jī)箱與支撐底座采用螺栓與螺母固定連接。

此外，電磁鐵演示裝置通過螺栓固定于主體機(jī)箱的內(nèi)部。主體機(jī)箱內(nèi)部與電磁鐵演示裝置均配有螺紋孔，用于通過螺栓與螺母固定連接，拆卸維修方便，增強(qiáng)了電磁鐵演示儀器的穩(wěn)定性。

本實用新型所提供的電磁鐵演示裝置包括電磁鐵組、圖形演示面板、驅(qū)動電路和音頻處理器，電磁鐵組設(shè)置于圖形演示面板的底部，且與驅(qū)動電路相連接，驅(qū)動電路還與音頻處理器連接，音頻處理器對音頻文件進(jìn)行頻譜分析，生成并發(fā)送音頻頻譜信息，驅(qū)動電路接收音頻頻譜信息，生成并發(fā)送電磁鐵驅(qū)動信息，電磁鐵組根據(jù)電磁鐵驅(qū)動信息啟動，圖形演示面板根據(jù)電磁鐵的啟動規(guī)律進(jìn)行圖形的顯示。該技術(shù)方案通過采用頻譜分析技術(shù)與奧斯特實驗原理相結(jié)合，將音頻文件與電磁鐵啟動的圖形顯示相匹配，圖形演示切換的響應(yīng)時間短，其與音頻文件的播放同步程度高，豐富了物理教具的演示功能，增強(qiáng)了演示過程的趣味性，演示過程形象生動且操作簡便。學(xué)生還可以通過該裝置對演示過程進(jìn)行全程觀摩，有助于學(xué)生理解物理實驗的理論原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。緩解了現(xiàn)有技術(shù)存在的演示功能單一、演示過程缺乏趣味性的技術(shù)問題。

在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。另外，在本實用新型實施例的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最后應(yīng)說明的是：以上所述實施例，僅為本實用新型的具體實施方式，用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制，本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型實施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。