一种电磁学磁力演示装置的制作方法

本发明涉及电磁演示设备技术领域，具体为一种电磁学磁力演示装置。

背景技术：

电磁学是物理学的一个分支，起源于近代。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科，在初中高中时都会涉及到电生磁和磁生电的的教学，老师一般都会进行磁生电和电生磁得出演示，所使用的设备一般都是手工制作，装置显得较为简陋，并且受外界干扰较大，效果相对较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电磁学磁力演示装置，以解决上述背景技术中提出的装置较为简陋，受外界干扰较大，效果相对较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电磁学磁力演示装置，包括装置本体；所述装置本体内部安装有电生磁装置，所述电生磁装置上侧安装蓄电池，所述蓄电池上侧安装有运行开关，所述蓄电池通过导线与滑动变阻器连接，所述电生磁装置内部安装有铁块，所述铁块外侧缠绕有导线，所述导线一端与蓄电池连接，所述铁块一侧安装有磁针，所述装置本体内部安装磁生电装置，所述磁生电装置内部安装有磁铁，所述磁铁上侧焊接有活动杆，所述磁铁正下方安装有线圈，所述线圈两端通过导线与灯泡构成回路，所述装置本体外侧安装有绝缘外壳，所述装置本体内侧涂有防静电层。

优选的，所述磁生电装置内部安装有检流计，所述检流计通过导线与线圈串联。

优选的，所述电生磁装置内部安装有检测电源，所述检测电源通过导线与灯泡进行串联。

优选的，所述磁铁顶端安装有弹簧，所述弹簧一端与绝缘外壳连接。

优选的，所述电生磁装置内部安装有电流转换装置，所述电流转换装置通过导线与蓄电池电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：检流计可以检测微弱电量用的高灵敏度的机械式指示电表，用于电桥、电位差计中作为指零仪表，也可用于测微弱电流、电压以及电荷等，当磁生电装置电流较为弱势可以通过检流计进行检测电流，检测电源可以对磁生电内部的电路进行检测，防止由于内部电路问题影响实验结果，当活动杆按下时弹簧伸张，松开活动杆时，弹簧可以帮助磁铁迅速复位，进行下一轮实验，电流转换器可以对磁生电装置内部的电流方向进行转换，以验证不同方向的电流所产生的电流效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3位本发明的检流计结构示意图。

图中：1-装置本体；2-运行开关；3-电流转换装置；4-滑动变阻器；5-活动杆；6-玻璃窗；7-检测电源；8-绝缘外壳；9-电生磁装置；10-防静电层；11-导线；12-铁块；13-磁针；14-磁铁；15-线圈；16-弹簧；17-检流计；18-灯泡；19-磁生电装置；20-蓄电池；31-背板；32-识别标志。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明提供的一种实施例：一种电磁学磁力演示装置，包括装置本体1；装置本体1内部安装有电生磁装置9，电生磁装置9上侧安装蓄电池20，蓄电池20上侧安装有运行开关2，蓄电池20通过导线11与滑动变阻器4连接，电生磁装置9内部安装有铁块12，铁块12外侧缠绕有导线11，导线11一端与蓄电池20连接，铁块12一侧安装有磁针13，装置本体1内部安装磁生电装置19，磁生电装置19内部安装有磁铁14，磁铁14上侧焊接有活动杆5，磁铁14正下方安装有线圈15，线圈15两端通过导线11与灯泡18构成回路，装置本体1外侧安装有绝缘外壳8，装置本体1内侧涂有防静电层10。

磁生电装置19内部安装有检流计17，检流计17通过导线11与线圈15串联，当电量为弱势可以通过检流计进行检测。

特别的，检流计17还连接有背板31，所述背板31涂有一个或多个识别标志32，所述识别标志32优选为长条形，当检流计处于正常工作状态时，所述识别标志32的长边与水平面的夹角大于第一阈值小于第二阈值，其中，第一阈值优选为-5°，第二阈值优选为5°。

电生磁装置9内部安装有检测电源7，检测电源7通过导线11与灯泡18进行串联，可以对电路进行简单的检测。

磁铁14顶端安装有弹簧16，弹簧16一端与绝缘外壳8连接，可以帮助磁铁快速复原。

电生磁装置9内部安装有电流转换装置3，电流转换装置3通过导线11与蓄电池20电性连接，可以进行电流方向的转换。

具体实施方式：电生磁装置9演示时通过蓄电池20进行供电，滑动变阻器4可以改变运行电流的大小，通过缠绕有导线11的铁块12产生磁场带动磁针13进行转动，电流转换装置3可以对磁生电装置19内部的电流方向进行转换，以验证不同方向的电流所产生的电流效果，磁生电装置19演示时通过向下按动活动杆5，使得磁铁14在线圈15内部往复运动，产生电流，使得灯泡18亮起，检流计17可以检测微弱电量用的高灵敏度的机械式指示电表，用于电桥、电位差计中作为指零仪表，也可用于测微弱电流、电压以及电荷等，当电流较为弱势可以通过检流计17进行检测电流，检测电源7可以对磁生电装置19内部的电路进行检测，防止由于内部电路问题影响实验结果，当活动杆5按下时弹簧16伸张，松开活动杆5时，弹簧16可以帮助磁铁14迅速复位，进行下一轮实验。

当演示装置中的检流计为磁电系检流计时，需要将检流计保持水平位置以降低反抗力矩，本发明提供一种方法监测检流计是否处于水平位置：

步骤000：提供如实施例一所示的电磁学磁力演示装置以及带有摄像头和陀螺仪的手机；

步骤100：使用手机拍摄包括至少一个识别标志32的图像；

步骤200：分割所述识别标志32的图像，根据手机的陀螺仪信息，修正所述识别标志32图像；修正所述检流计17图像主要是考虑手机拍摄时本身不处于水平状态，容易引起误差，所以需要将图像转化为手机在水平状态时拍摄的坐标之下，例如手机在倒置的情况下拍摄图像，那么修正时就要将图像整个翻转；

步骤300：获取步骤200中所述识别标志32图像的边界曲线；

步骤400：根据所述识别标志32的边界曲线，判断所述检流计17与水平面的夹角，具体方法为：

建立纵坐标轴垂直于地平面的直角坐标系，选取识别标志32边界曲线上的横坐标最大值最小值记为x_max和x_min，另分别取检流计17边界曲线上横坐标为x_min、x_max的点，其中m为横坐标的个数，由用户自定义，优选为20；每组横坐标相同的点中选取纵坐标最大和最小的点，总数设为n个，坐标分别记为(x_1x,y_1y)、(x_2x,y_2y)...(x_nx,y_ny)，其中第i个点的坐标为(x_ix,y_iy)，求以这n个点为顶点的多边形重心O的坐标(x_o,y_o)，计算公式为：

记识别标志32边界曲线上横坐标为x_min和横坐标为x_max的点分别为X₁(x_min,y_X1)和X₂(x_max,y_X2)，选取识别标志32边界曲线上的纵坐标最大值最小值记为y_max和y_min，识别标志32边界曲线上纵坐标为y_min和纵坐标为y_max的点分别为Y₁(x_Y1,y_min)和Y₂(x_Y2,y_max)，连接直线X₁O和直线X₂O，计算直线X₁O和直线X₂O与坐标横轴之间夹角的差距E₁，计算公式为：

如果夹角差距E₁落在区间之中，那么连接直线Y₁O和直线Y₂O，计算直线Y₁O和直线Y₂O与坐标横轴之间夹角的差距E₂，计算公式为：

如果夹角差距E₂落在区间之中，那么连接直线X₁X₂和Y₁Y₂可以得到交点A，作角X₁AY₁的角平分线记为Z，计算直线Z与纵坐标轴的夹角即为识别标志32长边与水平面的夹角，也可以视为检流计17与水平面的夹角，计算公式为：

计算直线直线X₁O和直线X₂O与坐标横轴之间夹角的差距的意义在于：如果夹角差距E₁落在区间之中，说明X₁,O,X₂三点基本在一条直线上，可以视为识别标志32的一条对角线；如果夹角差距E₂落在区间之中，说明Y₁,O，Y₂三点基本在一条直线上，可以视为识别标志32的另一条对角线，进而可以根据两条对角线确定识别标志32长边与水平面夹角也就是检流计17与水平面的夹角(或者称为检流计17的倾斜角度)，防止选点错误引起的夹角计算错误，保证了方法的正确性，提高了方法的效率；

通过判断检流计17与水平面的夹角，可以确定检流计17的状态，如果检流计17与水平面的夹角较大，说明反抗力矩较大，需要重新调整位置；如果检流计17与水平面的夹角较小，说明反抗力矩合适，可以进行演示；通过对检流计17与水平面的夹角进行判断，可以确定演示装置是否需要重新调校，从而既保证了演示的正确性，又能及时调校演示装置，提高工作效率。

当识别标志清晰并且无遮挡的时候，可以使用识别标志的长边直接作为监测检流计倾斜角度的标准，但是实际应用中经常遇到识别标志各种原因而不清晰，出现断点或者被遮挡，这种情况下需要进一步对方法进行改进。

进一步的，如果识别标志32边界曲线上横坐标为x_min的点有两个或者更多个，说明识别标志32可能被遮挡，此时可以对识别标志32坐标进行修正，修正方法为：

记横坐标为x_min的点有k个，坐标分别为(x_min,y′₁)、(x_min,y′₂)...(x_min,y′_k)，其中纵坐标最大值和最小值分别为y′_max和y′_min，计算横坐标为x_min的点的纵坐标平均值

其中y′_l为第l个横坐标为x_min的点的纵坐标；

依次比较横坐标为x_min的点的纵坐标与纵坐标平均值的大小，若大于纵坐标平均值的点的个数与小于纵坐标平均值的点的个数相等，则选定点作为点X₁(x_min,y_X1)；

若大于纵坐标平均值的点的个数与小于纵坐标平均值的点的个数不相等，说明边界曲线可能存在断点，而且断点的分布不均匀，此时修正横坐标为x_min的点的纵坐标为：

其中l_min为横坐标为x_min且纵坐标小于纵坐标平均值的点的数量，l_max为横坐标为x_min且纵坐标大于纵坐标平均值的点的数量。

增加对识别标志32边界曲线坐标修正方法的优点在于：能够在识别标志32不清晰或者被遮挡的情况下，判断识别标志32边界的极点坐标，方便了识别标志32与水平面夹角的计算，使得本方法能够适用于复杂的操作环境，提高了方法的健壮性、容错性以及计算效率。

步骤500：如果识别标志32长边与水平面的夹角大于第一阈值并且小于第二阈值，那么可以进行演示，如果标志32长边与水平面的夹角小于第一阈值或者大于第二阈值，那么重新调校演示装置；

其中，第一阈值优选为-5°，第二阈值优选为5°。

通过对检流计16倾斜角度进行监测，可以快速的了解演示装置的检流计是否处于正确的工作状态，并且可以根据结果对检流计进行调校，从而保证了演示的正确性，提高了工作效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。