专利名称：双通电线圈磁场分布演示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型一般涉及物理教学仪器领域。更具体地说，本实用新型涉及ー种双通电线圈磁场分布演示装置，特别是ー种亥姆霍兹线圈磁场空间分布演示装置。
背景技术：
随着教学改革的不断深化，实验教学作为现代教育体系中的重要组成部分，由于其具有直观、互动等特点，因此在实际教学中越来越受到重视。在现有的实验教学中特别是在声、光、电、磁、波的特性演示过程中，由于其本身物理特性的原因，故多采用对其显著的物理特性进行演示。对用于分析双通电线圈磁场的仪器而言，目前公知的实验仪器主要是亥姆霍兹线圈磁场測量仪。图I示出了现有技术的亥姆霍兹线圈磁场测量仪的结构示意图。如图I所 示，这种亥姆霍兹线圈磁场测量仪主要包括以共轴方式配对架设的双环形线圈3，两线圈的圆心距离d恰好与线圈的半径R相等(即两线圈中心空间处的磁场分布得到最佳的均匀度)，且线圈内通以大小、方向相同的两束电流；穿过线圈I中心放置的支架2、霍尔元件10以及测量仪(如特斯拉计)11。霍尔元件10可以沿着线圈中心轴线平移，以感测中心轴线上一定范围内的磁场大小并将感测结果传输至测量仪11进行处理和显示。但是，现有技术的这种测量仪具有的缺陷是，它只能測量线圈中心轴线上一定范围内的磁场大小，其演示范围局限且效果不明显，不能直观地演示该线圈磁场在较大空间范围内的分布情況。因此，有必要提供一种能够以更为直观的方式将双通电线圈的磁场分布展示出来的仪器。
实用新型内容针对现有技术中的上述问题，本实用新型提出了ー种双通电线圈磁场分布演示装置。该装置包括竖向平行排列并相互间隔开的第一线圈及第ニ线圈，用于在获得供电后在线圈之间以及周围产生磁场；载物台；支腿，其用干支撑载物台并使载物台与第一和第二线圈所在的平面横向相交并延伸；以及布置在所述载物台上的多个磁场特性显示装置。通过采用上述结构，使得该演示装置能演示线圈磁场在较大空间范围内的分布情况(不局限在线圈中心轴线上)，有利于更加直观地显现线圈之间和周围的磁场分布。根据本实用新型的一个实施例所述，磁场特性显示装置为用于显示磁场方向特性的平面小磁针或球形立体小磁针。利用多个小磁针的N极或S极的指示，可以直观地显现出线圈之间和周围的磁力线的分布。在本实用新型的一个实施例中，载物台上开设有多道平行于所述第一和第二线圈轴心连线并相互间隔开的凹槽，而磁场特性显示装置则安置在所述凹槽中，并可沿所述凹槽移动。这样就可以在载物台相对于水平面倾斜的情况下，仍能够以符合物理规律的方式显示出磁场的分布，而不会导致磁针从载物台上滑落。因此可以在更大的空间范围内演示磁场分布。[0009]在本实用新型的一个实施例中，凹槽的间距设置成，在两线圈之间，从中心朝向线圈的边缘，凹槽的间距是逐渐减小的；而在线圈之外，凹槽的间距是向外逐渐增大的。由于这样的间距排布符合物理规律，因此可更加直观地显现出磁场的分布。在本实用新型的一个实施例中，第一和第二线圈为两个结构、大小完全相同的环形线圈，所述两线圈以共轴方式配对架设，且两线圈的圆心距离与线圈的半径相等。这种设置可以使本实用新型特别好地应用于亥姆霍兹线圈磁场分布的演示。在本实用新型的一个实施例中，该演示装置还包括设置在支腿上的用于调整载物台水平度的调整装置。这样可以使载物台倾斜，从而在更大范围内演示出磁场的分布。在本实用新型的一个实施例中，载物台上设有水平仪，并且载物台通过调整装置和所述水平仪，设置成位于包含所述两线圈的轴心的水平面内。这样就可以专门演示穿过线圈中心的水平面内的磁场的分布。根据本实用新型所述，磁场特性显示装置也可以是用于为特斯拉计提供传感信号的霍尔元件。这样就可以大范围地定量地显示出线圈之间和周围的磁场分布。
以下将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。在以下的附图中图I是现有技术中的亥姆霍兹线圈磁场测量仪的结构示意图；图2是根据本实用新型一个实施例所述的双通电线圈磁场分布演示装置的侧视结构示意图；图3是根据本实用新型一个实施例所述的双通电线圈磁场分布演示装置的立体结构示意图，其中线圈底座未示出；图4是根据本实用新型另一个实施例所述的双通电线圈磁场分布演示装置的立体结构示意图，其中线圈底座未示出；图5是本实用新型另一个实施例所述的双通电线圈磁场分布演示装置的载物台的俯视不意图。
具体实施方式
图2和图3分别是根据本实用新型一个实施例所述的双通电线圈磁场分布演示装置的侧视结构示意图和立体结构示意图。如图2和图3所示,该演示装置I包括由底座6支撑的一对线圈3、3’，该对线圈3、3’竖向相对地平行排列且相互间隔开。底座6对线圈3、3’的支撑可以采用任何公知的方式，故这里不再赘述。一对线圈3、3’在获得电源5的供电之后，可以在线圈之间和周围的空间产生磁场。演示装置I还包括载物台21，其由支腿22支撑。在载物台21中开设有两个通槽9，用于使一对线圈3，3’穿过其中。这样，载物台21通过支腿22的支撑，就可以与两线圈所在平面都相交的方式横向延伸。在载物台21上放置有多个可活动的平面式小磁针4，用于指示其所处位置处的磁场的方向。在本实施例中，一对线圈3、3’为两个结构、大小完全相同的环形线圈。该两线圈以共轴方式配对架设，且两线圈的圆心距离恰好与线圈的半径相等。当给该对线圈通以大小、方向相同的两束电流，即可在线圈之间和其周围空间产生磁场。而此时位于载物台21上的多个平面式小磁针4则可以通过其N极或S极的指示，从而将线圈之间和周围磁场的方向直观地显现出来。另外，由于磁针4的阵列是可以改变的(磁针4本身可移动)，所以使得该演示装置的演示能力得到了增强。图4是根据本实用新型另一个实施例所述的双通电线圈磁场分布演示装置的立体结构示意图。如图4所示，该演示装置与图3所示的演示装置具有类似的结构，即，它包括由底座6 (未不出)支撑的一对线圈3、3’，该对线圈3、3’竖向相对地平行排列并相互间隔开。一对线圈3、3’在获得电源5的供电之后，可以在其周围的空间产生磁场。该演示装置还包括载物台21，其由支腿22支撑。在载物台21中开设有两个通槽9，用于使一对线圈
3、3’穿过其中。此外，在本实施例中，演示装置的载物台上还开设有相对于线圈3、3’的平面横向(平行于第一和第二线圈的轴心连线)设置的多道相互间隔开的凹槽7(图3中仅示意性地示出了 3道凹槽)。凹槽7具有一定的宽度，用于容纳平面式小磁针4并使其可以沿着凹槽滑动。在本实施例中，由于载物台21上预设有多道凹槽7以使小磁针4可以在其中滑动，因此可以避免前述实施例中小磁针4的阵列位置不易固定的问题，从而可以进一 步提闻装置的演不能力。另外，在本实施例中，演示装置还包括设置在支腿22上的载物台水平度调整装置23以及设置在载物台一侧的水平仪8。通过两者的配合，可以使载物台21工作于水平状态下(即，处在包含两线圈的轴心的水平面内)、或者使载物台与水平面呈一定的角度，此时可以演示出非线圈中心平面上的空间磁场分布情况，也提高了装置的演示能力。图5示出了载物台21的俯视示意图。如图5所示,在载物台21上开设的多道凹槽7(以阴影线表示)是相互间隔开的(凹槽之间的间隔以空白表示)，并且这些凹槽7之间的间距按照如下的规律设置，即，在两线圈之间，从中心朝向线圈的边缘，凹槽7的间距是逐渐减小的；而在线圈之外，凹槽7的间距是向外逐渐增大的。之所以将凹槽7之间的间距如此设置，是因为这种设置较为符合线圈之间和周围的磁场的实际分布情况。因此这样就可以更直观、清晰地将磁场分布演示出来。以上参照实施例并结合附图对本实用新型进行了详细的描述。但是，对于本领域技术人员而言，上述实施例所采取的技术方案并不是唯一的。相反，也可以在此基础上对其进行各种修改和变换。例如，在上述实施例中，一对线圈3、3’是通过底座6支撑并穿过载物台21上的两个通槽9而与载物台形成横竖相交的结构的。但是，也可以采用其它的变换方式。例如，一对线圈3、3’可以采用从上方悬挂的方式与载物台形成横竖相交的配置，也可以通过载物台两侧的开口套在载物台上的方式，等等。另外，也可以用立体小磁针来代替本实用新型实施例中的平面小磁针4。或者可以用多个霍尔元件代替多个小磁针并通过霍尔元件作为传感器而为特斯拉计提供传感信号以量化地显示线圈之间和周围空间的磁场。还可以将用于显示磁场方向的小磁针与用于量化测定磁场强度的霍尔元件结合在一起，以便通过既定性又定量的测量将磁场分布更加准确地显现出来。此外，在本实用新型的实施例中，优选地说明了亥姆霍兹线圈的情况，S卩，一对线圈3、3’是两个结构、大小完全相同的环形线圈。该两线圈以共轴方式配对架设，且两线圈的圆心距离恰好与线圈的半径相等。但是，也可以采用不同结构、不同大小、不同间距或者是不共轴设置的一对线圈，在这些情况下，本实用新型的结构也都可以实现其所要达到的技术效果，即，将线圈之间和周围的磁场分布情况直观地显现出来。此外，在本实用新型的实施例中，载物台的水平度是通过设置在支腿22上的水平度调整装置23来调整的。但是也可以采用其它的方式来改变载物台的水平度。例如，在支腿22的底部设置可调节高度的螺丝，在载物台21与支腿22之间设置可以变高度或角度的机械结构，等等。综上，由权利要求限定的本实用新型的保护范围，其不仅包括上述实施例所述的方式，还涵盖了其各种修改、变换及等同方式。
权利要求1.ー种双通电线圈磁场分布演示装置，其特征在于包括 竖向平行排列并相互间隔开的第一线圈及第ニ线圈，用于在获得供电后在线圈之间以及周围广生磁场； 载物台； 支腿，用于支撑所述载物台并使所述载物台与所述第一和第二线圈所在的平面横向相交并延伸；以及 布置在所述载物台上的多个磁场特性显示装置。
2.如权利要求I所述的演示装置，其特征在于，所述磁场特性显示装置为用于显示磁场方向特性的平面小磁针或球形立体小磁针。
3.如权利要求I或2所述的演示装置，其特征在于，所述载物台上开设有多道平行于所述第一和第二线圈轴心连线并相互间隔开的凹槽，所述磁场特性显示装置安置在所述凹槽中，并可沿所述凹槽移动。
4.如权利要求3所述的演示装置，其特征在干，所述凹槽的间距设置成，在两线圈之间，从中心朝向线圈的边缘，凹槽的间距是逐渐减小的；而在线圈之外，凹槽的间距是向外逐渐增大的。
5.如权利要求3所述的演示装置，其特征在于，所述第一和第二线圈为两个结构、大小完全相同的环形线圈，所述两线圈以共轴方式配对架设，且两线圈的圆心距离与线圈的半径相等。
6.如权利要求4所述的演示装置，其特征在于，所述第一和第二线圈为两个结构、大小完全相同的环形线圈，所述两线圈以共轴方式配对架设，且两线圈的圆心距离与线圈的半径相等。
7.如权利要求4所述的演示装置，其特征在于还包括设置在所述支腿上的用于调整载物台水平度的调整装置。
8.如权利要求7所述的演示装置，其特征在于，所述载物台上设有水平仪。
9.如权利要求8所述的演示装置，其特征在干，所述载物台通过所述调整装置和所述水平仪，设置成位于包含所述两线圈的轴心的水平面内。
10.如权利要求I所述的演示装置，其特征在于，所述磁场特性显示装置是为特斯拉计提供传感信号的多个霍尔元件。
专利摘要本实用新型公开了一种双通电线圈磁场分布演示装置。该装置包括竖向平行排列并相互间隔开的第一线圈及第二线圈，用于在获得供电后在线圈之间以及周围产生磁场；载物台；支腿，用于支撑所述载物台并使所述载物台与所述第一和第二线圈所在的平面横向相交并延伸；以及布置在所述载物台上的多个磁场特性显示装置。该技术方案解决了现有技术在双通电线圈的磁场分布演示中的磁场特性直观显现不明显的缺陷，其演示效果更加直观且演示范围大，有利于更加直观地显现双通电线圈磁场的分布。
文档编号G09B23/18GK202473039SQ20122004940
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者张勇, 李宝河, 李秋爽, 胡洪文, 赵慈, 陈晓白, 黄践 申请人:北京工商大学