专利名称：法拉第电磁感应定律探究仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学用实验仪器，特别涉及一种用来演示、 定量探究法拉第电磁感应定律的实验仪器。
技术背景法拉第电磁感应定律的主要内容是当回路的磁通量发生变化 时，回路中感应电动势的大小和穿过回路的磁通量变化率成正比。为 了让学生对法拉第电磁感应定律进行精确的定量探究，常常需要让学 生自己做实验。实验原理线圈的匝数、面积和磁铁一定，穿过线圈 的磁通量的变化率与磁体运动的速度成正比。现有技术中常常是利用 永磁体从一定高度自由落下以获得一定的速度穿过回路，在回路上产 生电动势，利用数据采集系统对产生的电动势进行实时测量和显示， 通过增减永磁体的个数来改变磁通量的变化量，改变永磁体下降的高 度来改变磁铁穿过线圈的速度(磁通量的变化率)进行实验。可以让 学生很直观地从显示中看到所产生的电动势与各参数变化有关。但 是，其实验原理有一个缺点，就是规格完全一样的磁铁叠加起来， 其周围的磁感应强度并不是原来的2倍，磁铁下落高度一定，磁铁穿 过线圈的速度就一定，但穿过回路的磁通量变化率却不是2倍，此实 验就不能进行精确的定量分析，只能定性或半定量分析。现有技术中 没有测量速度的装置，而是应用自由落体的运动学公式v = #推知 速度与高度的平方根成正比。由于无法精确确定磁铁运动到什么位置
时感应电动势最大，也就无法精确确定高度的起点，高度的确定误差 较大。因此，现有技术只能定性，尽多是半定量粗略地研究法拉第电 磁感应定律。 发明内容
本实用新型为解决现有法拉第电磁感应定律不能精确定量探究， 只能进行定性的分析的不足，提供一种能对法拉第电磁感应定律进行 精确定量探究的实验方法。
本实用新型为解决其技术问题提供的技术方案是法拉第电磁 感应定律探究仪，包括数据采集器、电压传感器、速度传感器、计算 机、线圏、永久磁铁块和永久磁铁块传送系统；
电压传感器输入端接线圈的两端，将线圈内感应的电压转换为电 信号从输出端输出；
数据采集器的输入端接电压传感器的输出端，输出端接计算机的 数据总线，将电压传感器上的电信号转换成数字信号；
速度传感器安装在线圃的一侧，其输出端接数据采集器的一个输 入端；
计算机通过总线接数据采集器，其中控制总线接数据采集器控制 端，地址总线接数据采集器选通信号，数据总线接数据采集器的数据 输出端；
线圈竖立在实验台架上，线圈的接头与电压传感器的输入端连
接；
一个永久磁铁块传送系统，永久磁铁块固定在该传送系统上，该 传送系统穿过线圈，该永久磁铁块传送系统包括传动直流电机、传送
带、固定轮，传动直流电机和固定轮固定在所述线圈的两侧，传送带 穿过线圈，两端分别与传动直流电机和固定轮连接。
在线圈的一侧还安装有一个速度传感器，该测速传感器可以是一 光电门，其输出信号接数据采集器的输入端。
传动带为皮带，皮带上有固定永久磁铁的装置，该传动系统的动 力由电动机提供，此电动机为直流电动机，电动机的转速可以通过改 变出入电压的变化而改变。
本实用新型由于采用一个皮带传送带带动永久磁铁穿过线圈，可 以通过测量或利用直流电机设定传送带的传送速度来确定永久磁铁 块穿过线圈的速度，从而定量分析磁铁穿过线圈的速度与所产生的感 应电动势之间的关系，通过变换即可定量分析法拉第电磁感应定律所 反映的磁通量的变化率与感应电动势成正比。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 图h本实用新型信号流程图 图2:本实用新型示意图
图中l永久磁铁块，2线圈，3传送带，4传动直流电机、5固定 轮。
具体实施方式
在
图1中，当线圈中的磁通量发生变化时，在线圈中产生感应电 动势，利用电压传感器将感应电动势的大小传送到数据采集器，数据 釆集器采集好数据通过计算机进行计算和显示。
图2中将永久磁铁块1固定在传送带上3,使永久磁铁块1随传
送带3 —起穿过线圈2,用电压传感器记录线圈2中的感应电动势5， 传送带由传动直流电机4带动，传动带的另一端有一固定轮5。在靠 近线圈的一侧安装一个光电门用以测量永磁铁穿过线圈时的速度。利用本实用新型进行法拉第电磁感应定律实验时，将磁铁1固定 在传送带3上，使磁铁1随传送带3—起穿过线圈2，用电压传感器 记录线圈2中的感应电动势E，同时用光电门记录磁铁的速度v,利 用朗威DIS Lab数据釆集器将五和v釆集通过数据总线输入到计算 机中。由于磁铁一定，线圈的面积一定，故磁通量的变化Zi ^和速度 v成正比。只要能验证五与v成正比，就能说明法拉第电磁感应定律: 当回路的磁通量发生变化时，回路中感应电动势的大小和穿过回路的 磁通量变化率成正比。下表就是在实验时保持线圈匝数不变的情况 下，通过改变传送带的速度测量不同速度时从计算机中显示的电动势 五与和磁铁运动速度v，可以发现感应电动势与永磁铁穿过线圈的速 度在误差范围内是成正比的。感应电动势￡" (V)速度v (m/s)10.600.13121.140.25932.160.517为了证明感应电动势大小与线圈的匝数的关系，可以将线圈匝进 行变化，在线圈匝数不同时，永磁铁以相同的速度穿过线圈，本实用新型实例将线圈匝数设计为1500匝，每500匝有一个中间抽头，在 保持强磁铁速度v不变的情况下，测出线圈匝数为500、 1000、 1500 对应的感应电动势五、2五、3五，从而证明感应电动势的大小与线圈 的匝数成正比。
权利要求1法拉第电磁感应定律探究仪，包括数据采集器、电压传感器、计算机、线圈、永久磁铁块；电压传感器输入端接线圈的两端，输出端接数据采集器的一个输入端；数据采集器的一个输入端接电压传感器的输出端，输出端接计算机的数据总线，将电压传感器上的电信号转换成数字信号；计算机通过总线接数据采集器，其中控制总线接数据采集器控制端，地址总线接数据采集器选通信号，数据总线接数据采集器的数据输出端；线圈竖立在实验台架上，线圈的接头与电压传感器的输入端连接；其特征在于，还包括一个永久磁铁块传送系统和一个速度传感器，所述永久磁铁块固定在该传送系统上，在该永久磁铁块上固定一个遮光片，速度传感器安装在线圈的一侧，该速度传感器的输出端与所述数据采集器相连，可感受到永久磁铁块上固定的一个遮光片的运动，该速度传感器的输出端与所述数据采集器的一个输入端相连，该传送系统穿过线圈。
专利摘要法拉第电磁感应定律探究仪是在教学上用于给学生演示和让学生分组实验用的探究法拉第电磁感应定律的装置。其技术方案是利用一个传动带带动永磁铁穿过线圈，对传动轮的速度可以控制，以保证永磁铁以不同的速度穿过线圈，产生不同的感应电动势，定量探究法拉第定律。在以往各种版本的物理教材上，“法拉第电磁感应定律”都是经过定性研究后给出，没有定量研究的教具，就不能让学生在自己定量探究的前提下自己得出法拉第电磁感应定律，新教改提倡的探究式学习就不能在这节课上实施。本实用新型让学生可以通过精确的实验直观地了解感应电动势的大小，跟穿过线圈的磁通量的变化率成正比。
文档编号G09B23/00GK201004283SQ200720118739
公开日2008年1月9日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者吴祥志 申请人:吴祥志