一种电磁学实验多功能演示器的制作方法

本发明涉及教学器材技术领域，具体为一种电磁学实验多功能演示器。

背景技术：

目前，老师在进行电磁感应教学时，涉及到法拉第发电机模型，但因实验室没有这装置，老师没办法做这个实验；单根导体棒在磁场中切割磁感线或受安培力运动，通过实验学习左右手定则，因为电流太小，往往用多匝线框做这实验，这样直观性太差；电磁阻尼和电磁驱动教学演示中，其中磁体是铁钴镍磁体，磁性不太强，实验可视度小且功能比较单一；课本上电动机和发电机原理图是单匝线圈，但实验室没有单匝线圈电动机和发电机演示仪器，有的是多匝线圈的结构太复杂，直观性差。

技术实现要素：

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种电磁学实验多功能演示器，结构设置简单、可视度大、直观，而且集多功能于一身，能够加深学生对法拉第电磁感应定律、楞次定律、左手定则、右手定则的理解。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电磁学实验多功能演示器，包括底座、固定板、固定框架、转动框架和摇把，所述固定板设置于底座上方并与底座之间转动连接，所述固定框架、转动框架分别设置于固定板的两端并固定，所述转动框架上水平设置有摇把，所述摇把穿过转动框架并绕转动框架转动，所述摇把靠近固定框架的一侧连接有u形架，所述u形架上下两端设置有异极相对的条形磁铁，所述固定框架靠近转动框架的侧面上方设置有第一通孔，与第一通孔水平相对的固定框架内侧面上设置有第一固定柱，所述固定框架顶部上设置有第二通孔，与第二通孔竖直相对的固定架底部内侧面上设置有第二固定柱，所述第一固定柱和第二固定柱为中空结构。

优选的，所述第一通孔内设置有第一转轴，并设置于第一固定柱内，所述第一转轴上设置有转动框，所述转动框设置于u形架之间，所述转动框与第一转轴之间转动连接。

优选的，所述第二通孔内设置有转动盘，转动盘底部设置的转轴位于第二固定柱内，转动盘的高度位于u形架上下异极磁铁之间，转动盘的上方还设置有手动转轴，转动盘的底部与固定在底座上的电刷片接触。

优选的，还包括设置于底座下方的导轨支架，所述导轨支架包括底板和设置于底板上的两条平行设置的铜管，所述铜管通过转动片固定连接，所述铜管的高度位于u形架上下异极磁铁之间，两根铜管之间放置有导棒。

优选的，所述第一通孔内设置有单匝线框转子或多匝线框转子，所述单匝或多匝线框转子位于u形架两个异极磁铁之间，线框转子包括单匝或多匝线圈，和与线圈连接的圆柱形换向器，圆柱形换向器的底部固定有第二转轴，第二转轴设置于第一固定柱内，所述圆柱形换向器包括设置于圆柱体外侧的上滑环和下滑环，所述上、下滑环的对称两侧分别设置有延伸滑片，两个延伸滑片与相对的上、下滑环之间均不接触，线圈的两端分别与上、下滑环之间连通。

优选的，所述摇把上设置有螺母，所述螺母与摇把之间螺纹连接，所述螺母位于转动框架之间的左侧位置。

优选的，所述底座、固定板的前后侧面上均设置有固定电刷或电刷片的活动螺丝扣。

（三）有益效果

本发明提供了一种电磁学实验多功能演示器。具备以下有益效果：

本发明通过设置在固定板上的固定框架、转动框架、摇把和与摇把连接的u形架结构，能够方便的配合第一转轴和设置于第一转轴上的转动框演示电磁驱动原理；将固定板逆时针旋转90度后，通过改变转动框结构和材质可以演示电磁阻尼原理；通过转动盘可以演示法拉第发电机发电原理；通过设置于底座下的导轨支架能够配合灵敏电流表或电源演示单根直导体切割磁感线产生感应电流和通电直导体在磁场中受安培力原理；将固定板逆时针旋转90度后，配合单匝线框或多匝线框转子在电刷和电源的作用下能够演示直流电动机原理，通过灵敏电流表可以演示交直流发电机原理。

附图说明

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1主视结构示意图；

图3为本发明实施例2整体结构示意图；

图4为本发明实施例3整体结构示意图；

图5为本发明实施例4整体结构示意图；

图6为本发明固定框架主视结构示意图；

图7为本发明u形架与摇把组合结构示意图；

图8为本发明导轨支架整体结构示意图；

图9为本发明单匝线圈整体结构示意图；

图10为本发明单匝线圈主视结构示意图；

图中：1底座、1-1电刷片、2转动框架、3固定板、4摇把、4-1u形架、4-2磁铁、4-3螺母、5固定框架、5-1第二通孔、5-2第一转轴、5-3转动框、5-4第一通孔、5-5第二固定柱、5-6第一固定柱、6底板、6-1铜管、6-2转动片、7导棒、8转动盘、8-1手动转轴、9线框转子、9-1单匝线圈、9-2上滑环、9-3下滑环、9-4延伸滑片、9-5第二转轴、9-6圆柱体、10活动螺丝扣、11电源、12灵敏电流表。

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。

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种技术方案：

一种电磁学实验多功能演示器，一种电磁学实验多功能演示器，包括底座1、固定板3、固定框架5、转动框架2和摇把4，所述固定板3设置于底座1上方并与底座1之间转动连接，所述固定框架5、转动框架2分别设置于固定板3的两端并固定，所述转动框架2上水平设置有摇把4，所述摇把4穿过转动框架2并绕转动框架2转动，所述摇把4上连接有u形架4-1，所述u形架4-1位于固定框架5和转动框架2之间，所述u形架4-1上下两端设置有异极相对的条形磁铁4-2，所述固定框架5靠近转动框架2的侧面上方设置有第一通孔5-4，与第一通孔5-4水平相对的固定框架5内侧面上设置有第一固定柱5-6，所述固定框架5顶部上设置有第二通孔5-1，与第二通孔5-1竖直相对的固定框架5底部内侧面上设置有第二固定柱5-5，所述第一固定柱5-6和第二固定柱5-5为中空结构。

该结构可以用于演示电磁驱动原理和涡流现象，u形架上设置的异极磁铁在摇把的带动下相当于转子，转动框架为闭合的铝框的结构，通过转动摇把带动磁铁旋转，发现铝框跟着一起转动，表明磁铁的磁场对铝框产生了作用力（安培力），即所谓电磁驱动；改变转动框架的材质如塑料框进行实验，磁铁转动时，观察到塑料框没有转动，表明磁铁与塑料框间无作用力，这说明闭合回路中的磁通量发生变化会产生感应电流，闭合金属铝框和非金属塑料框均在变化磁场中，实验现象完全不同，这表明非金属塑料框不构成电回路，即不构成电路，不发生电磁感应现象，只有导体才能形成电路；将转动框架换为开口的铝框，转动摇把时发现铝框还是发生非常明显的转动，这表明，开口铝框中也产生了感生电流，虽然铝框大环路是断开的，没有大环流，但当相互靠近的磁铁与铝框发生相对运动时，与磁铁磁场方向垂直的铝框的铝片中，可以视为有由内向外无数个同心环形闭合线圈组成，其中的磁通量发生了变化，故产生了无数个环形电流，即所谓的涡流。同样的更换转动框架为鼠笼结构或者其他形状的结构还可以演示电磁驱动的强弱关系。

实施例2：

如图3所示：本发明提供的第二种技术方案：

演示法拉第发电机发电原理。

在第二通孔内设置有转动盘，转动盘底部设置的转轴位于第二固定柱内，转动盘的高度位于u形架上下异极磁铁之间，转动盘的上方还设置有手动转轴，转动盘的底部与固定在底座上的电刷片接触，利用灵敏电流表连接电刷片和转动盘下方的转轴，摇动手动转轴，即可会发现电流表指针向一边偏转明显，改变转动盘转向，电表指针偏转方向改变，这表明感生电流方向与转动盘切割磁感线方向有关，可用右手定则判定，加大转速，电表指针偏转角度变大，即表明感生电流大小与导体切割磁感线速度大小有关。

实施例3：

如图4所示：本发明提供的第三种技术方案：

演示单根直导体切割磁感线产生感应电流和通电直导体在磁场中受安培力。

于底座下方设置导轨支架，所述导轨支架包括底板和设置于底板上的两条平行设置的铜管，所述铜管通过转动片固定连接，所述铜管的高度位于u形架上下异极磁铁之间，两根铜管之间放置有导棒，通过灵敏电流表与两条铜管的相同一端的端部连接，使导棒沿铜管左右方向滑动或滚动，会发现电流表指针左右摆动，此现象中感生电流、磁场、切割磁感线运动方向之间的关系遵守右手定则；将灵敏电流表换为电源，会发现导棒在导轨上滚动，改变通过铜管的电流方向，导棒运动方向也改变；电流方向不变，改变磁场方向，导棒运动方向也改变，此现象中电流、磁场、受安培力方向之间的关系遵守左手定则。

实施例4：

如图5所示：本发明提供的第四种技术方案：

演示直流电动机、交直流发电机工作原理。

为了降低摩擦阻力，最好将固定板逆时针转动90度，在第一通孔内设置单匝线框转子或多匝线框转子，所述单匝或多匝线框转子位于u形架两个异极磁铁之间，线框转子包括单匝或多匝线圈，和与线圈连接的圆柱形换向器，圆柱形换向器的底部固定有第二转轴，第二转轴设置于第一固定柱内，固定板两端分别设置有电刷与换向器上的延伸滑片接触，通过在两个电刷上接通电源发现单匝线圈转动起来，改变电流方向，线圈转动方向改变；电流方向不变，改变磁场方向，线圈转动方向改变，此现象遵守左手定则；换用多匝线圈，相同电池供电时，多匝线框转速更快，由此可知实际应用电动机中有很多匝线的道理；同理将电源换为灵敏电流表，转动单匝或多匝线圈，会发现电流表指针向一侧偏转，这表明线框中产生的是直流电；增加线框的转速，指针偏角增大，换用多匝线圈，转动线圈，会发现电表指针偏转角度更大。将电刷分别与上、下滑环接触，连续转动线框，会发现电表指针左右摆动，表明产生的感生电流是交流电。

在上述叙述中，涉及到的电刷、电刷片、线圈、换向器、导棒、转动盘、上、下滑环的材质最好都为铜制作，一方面能够减少电阻损耗，提高实验效果还能够节约成本，增加使用寿命，活动螺丝扣与底座和固定板之间螺纹连接，通过旋松和旋紧达到固定电刷和电刷片的目的。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。