专利名称：安培力实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在中学物理课堂上探究通电直导线在磁场中受到安培 力的实验装置，尤其是能定量研究安培力的大小与电流强度、通电直导线长度以及磁感应强 度三者的关系。
技术背景 现行人民教育出版社出版的高中《物理》(必修加选修)课程中的所采用的 安培力的实验装置只能定性的研究磁场对电流作用现象，不能定量，并且直导线在摆动时， 由于磁铁不能与直导线同步运动，导线在磁场的不同位置磁感应强度不同，造成安培力不稳 定，使直导线不停的振动，无法稳定观察，给课堂教学带来一定困难。
发明内容为了克服现有的实验装置不能定量、稳定的研究安培力的不足，本实用新 型提供一种实验装置，能在课堂上定量、稳定的探究安培力。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在底座的中部固定有平行导轨，平行 导轨上有可沿着导轨水平移动的平板小车，小车上放置位移传感器和蹄形磁铁,在底座的一端 固定支撑杆，支撑杆顶部固定水平支架，水平支架下固定悬架，悬架下悬挂U型摆，U型摆 下部直导线的延伸部位安装有微型磁铁。当U型摆在磁场中受到安培力作用发生偏转时，采
用蹄形磁铁与u型摆同步运动的方法，利用安培力产生的力矩与u型摆的重力产生的力矩平 衡的原理，使u型摆静止。通过测量u型摆下端直导线的水平位移可知安培力的大小。
本实用新型的有益效果是，可以直观、定量的观察安培力的大小，特别有利于在课堂上 为初学者接受，课堂效果明显。机械装置简单、容易理解、容易制作、实验误差小，便于推广。
以下结合附图
和实例对本实用新型进一步说明。 图l是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的电路原理图。
图中l.底座，2.平板小车，3.位移传感器A, 4.微型磁铁，5.位移传感器B， 6.平行 导轨，7.蹄形磁铁，8.刻度尺，9.支撑杆，10. U型摆，ll.悬架，12.悬架接线柱，13.水 平支架，14.蓄电池，15.电键，16.滑动变阻器，17.电流表
具体实施方式
在图l中底座(1)的中部固定有平行导轨(6)，载有蹄形磁铁(7)的平板小车(2) 可以沿着平行导轨(6)水平移动。平板小车(2)的上表面一侧安装有位移传感器A (3)和 位移传感器B (5)。底座(1)的另一端中部固定有支撑杆(9)，支撑杆(9)的顶部固定水 平支架(13)。轻质铜管制成的U型摆(10)悬挂于铜质悬架(11)的水平轴上，悬架(11) 用铜质悬架接线柱(12)固定在水平支架(13)上。U型摆(10)下部水平直导线的延伸部 位安装微型磁铁(4)。水平刻度尺(8)固定于支撑杆(9)上。平板小车(2)内安装有控制 电路和驱动电机(图中未画出)。平板小车(2)可在位移传感器A (3)、位移传感器B (5) 和控制电路的控制下沿平行导轨(6)水平运动。
进行实验前，先打开平板小车的控制电路的开关，让微型磁铁(4)处在位移传感器A(3) 和位移传感器B (5)的中间。此时两个位移传感器输出的电压信号相同，平板小车(2)静 止。将蓄电池(14)、电键(15)、、悬架接线柱(12)、滑动变阻器(16)、电流表(17)依次串联接入电路(如图2所示)。闭合电键(15)，电流流过U型摆(10)， U型摆(10)在磁 场中受到安培力的作用发生偏转。微型磁铁(4)在U型摆(10)的带动下产生平移，此时 在位移传感器A和位移传感器B上产生了两个不同的电压信号。控制电路利用这两个不同的 电压信号驱动平板小车(2)内部的驱动电机转动。载有蹄型磁铁(7)的平板小车(2)在驱 动电机的带动下产生水平运动。这样蹄型磁铁(7)与U型摆(10)便能同步运动。蹄形磁 铁(7)与U型摆(10)的同步运动，为U型摆(10)下部的直导线提供了一个恒定的磁场， 保证了直导线所受安培力的稳定。当安培力产生的力矩与U型摆(10)所受重力产生的力矩 达到平衡时，U型摆(10)静止不动。通过刻度尺(8)测量U型摆(10)下端水平直导线 的位移，可知U型摆(10)所受安培力的大小。
同理改变滑动变阻器(16)的电阻值，从而改变电路中的电流强度，会发现随着电流强 度的改变，U型摆(10)下端水平直导线的位移也会有所变化。
如果在同样电流强度下，在平板小车(2)上并排放置两个或三个同极性同磁感应强度的 蹄形磁铁(改变处在磁场中通电直导线的长度)，会发现蹄形磁铁越多U型摆(10)下端水 平直导线的位移越大。
如果在同样电流强度下，在平板小车(2)上放置同等宽度但磁感应强度不同的蹄形磁铁， 会发现U型摆(10)下端的水平直导线的位移不同。
通过以上实验，可直观、定量的在课堂上探究安培力与电流强度、通电直导线长度以及 磁感应强度三者之间的关系。另外利用本实用新型也可研究左、右手定则等物理现象。
权利要求1.一种安培力实验装置，其特征是在底座的一端固定支撑杆，支撑杆顶部固定水平支架，水平支架下固定悬架，悬架下悬挂U型摆，U型摆底部直导线的延伸部安装微型磁铁，底座的中部有可在底座上水平移动的平板小车，平板小车上设有蹄形磁铁和位移传感器。
2. 根据权利要求1所述的安培力实验装置，其特征是U型摆由铜管制成。
3 . 根据权利要求1所述的安培力实验装置，其特征是U型摆呈长方形。
专利摘要安培力实验装置，涉及一种能在物理教学中定量探究通电直导线在磁场中受到磁场作用的实验装置。它是在底座的一端固定支撑杆，支撑杆顶部固定水平支架，水平支架下固定悬架，悬架下悬挂U型摆，U型摆下部直导线的延伸部位安装有微型磁铁。在底座中部有可在底座上水平移动的平板小车，小车上设有位移传感器和蹄形磁铁。当U型摆在蹄形磁铁形成的磁场中受到安培力作用发生偏转时，采用U型摆下部直导线与蹄形磁铁同步运动的方法，保证了安培力的稳定。利用安培力产生的力矩与U型摆的重力产生的力矩平衡的原理，使U型摆静止。通过测量U型摆下端直导线的水平位移可知安培力的大小。
文档编号G09B23/18GK201425805SQ200920150260
公开日2010年3月17日 申请日期2009年5月3日 优先权日2009年5月3日
发明者范国峰 申请人:范国峰