一种教学用涡旋电场探究仪的制作方法

本实用新型涉及一种教学用具，具体涉及一种教学用涡旋电场探究仪。

背景技术：

法拉第电磁感应定律告诉我们，磁通量的变化在线圈中引起感应电动势。麦克斯韦进一步发展了法拉第的电磁理论，认为磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，即使磁场周围不存在导体回路，这种电场依然存在，通常称之为感生电场或涡旋电场，正是由于磁场变化引起的涡旋电场对自由电荷的作用导致了导体中感应电动势的产生，形成了感应电流。

涡旋电场的概念比较抽象，但它又是电磁波理论的基础，通过实验使抽象的概念具体化非常重要；涡旋电场的存在不但看不见摸不着，亦无场源电荷，学生很难相信它的存在，通过实验使学生感受到它的存在，尤为必要。

目前学校实验室仪器是用交流电产生变化的磁场从而获取涡旋电场，但是交流电存在高压，有安全隐患；同时，交流电是学生后续学习的内容，学生理解其原理也有一定难度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服用高压交流电产生涡旋电场存在安全隐患的弊端，同时也为了更好地丰富实验室涡旋电场演示、探究的教学器材，因此本实用新型提供了一种教学、演示过程安全，形象直观的教学用涡旋电场探究仪。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种教学用涡旋电场探究仪，包括:磁铁、第一转盘、第二转盘、轴承、主动轮、从动轮和皮带；一个或多个所述磁铁固定在所述第一转盘上，所述第一转盘与所述第二转盘同轴不接触地安装在所述轴承上，其中在所述轴承的一端靠近所述第一转盘处安装有所述从动轮，所述主动轮通过所述皮带带动所述从动轮转动，使得所述第一转盘绕所述轴承旋转。

进一步的，所述主动轮上安装有转动手柄，所述转动手柄与所述主动轮配合，通过所述皮带带动所述从动轮转动，这样只要用很小的力就可以旋转转动手柄，主动轮即可带动从动轮快速转动；所述轴承的两端安装在支架底座上，方便教学演示。

进一步的，多个所述磁铁等间隔地分布在所述第一转盘上，多个所述磁铁的中心与所述第一转盘的中心之间的距离相等；这样转动起来的磁铁将会产生较强的变化磁场。

进一步的，所述第一转盘和所述轴承均为不导电材料，这样能有效避免第一转盘上的磁铁所产生的磁场受到干扰；所述第二转盘的材料为除了铁、钴、镍的以外的导电材料，避免学生认为是磁铁直接吸引铁、钴、镍材料而引起的转动，该导电材料制成的第二转盘能够在变化的磁场中转动起来，以便形象地演示涡旋电场的存在；所述磁铁为强磁铁，这样可以产生较强的变化磁场。

替代的，所述第二转盘上镶嵌有一个或多个线圈。

进一步的，所述线圈的首尾两端安装有接头，安装的接头方便固定线圈的首尾两端；用裸导线使所述线圈的首尾两端通过所述接头短接或者断开。

进一步的，所述线圈的首尾两端与发光二极管的两端相连接，发光二极管的亮起形象地演示涡旋电场的存在。

进一步的，所述线圈的首尾两端通过接头与发光二极管的两端相连接；接头固定在线圈的首尾两端，可以很方便地安装发光二极管。

进一步的，所述第一转盘、所述第二转盘和所述轴承均为不导电材料；这样能有效避免第一转盘上的磁铁所产生的磁场受到干扰；所述磁铁为强磁铁，这样可以产生较强的变化磁场。

进一步的，所述线圈为漆包铜线圈。

本实用新型的有益效果是：本实用新型克服了用高压交流电产生涡旋电场存在安全隐患的弊端，通过旋转主动轮带动从动轮旋转，使第一转盘上的磁铁产生感生电场(涡旋电场)，从而使得第二转盘在磁场中转动起来；替代的，在不导电材料第二转盘上设置有线圈，并进一步的在线圈的首尾两端连接有发光二极管，发光二极管在转动的磁铁所产生的感生电场(涡旋电场)中发光，本实用新型丰富了实验室涡旋电场演示、探究用器材；形象直观，原理易懂；原理设计层层递进，逻辑分明，使学生对变化的磁场在其附近空间产生感生电场(涡旋电场)深信不疑。

附图说明

图1是本实用新型一种教学用涡旋电场探究仪的第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种教学用涡旋电场探究仪的第一实施例的左视图；

图3是本实用新型一种教学用涡旋电场探究仪的第二实施例的结构示意图；

图4是本实用新型一种教学用涡旋电场探究仪的第二实施例的右视图；

其中，1为磁铁，2为第一转盘，3为第二转盘，4为轴承，5为主动轮，6为从动轮，7为皮带，8为支架底座，9为转动手柄，10为线圈，11为线圈接头，12为裸导线，13为发光二极管。

具体实施方式

以下描述用于公开本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

图1是本实用新型的一种教学用涡旋电场探究仪的第一实施例的结构示意图，图2是本实用新型一种教学用涡旋电场探究仪的第一实施例的左视图；参见图1和图2，本实施中，在第一转盘2上均匀分布有六颗磁铁1，可以理解的是，在其他实施例中，根据第一转盘2的面积与磁铁1面积的大小，也可以在第一转盘2上设置其他数量的磁铁1。

摇动主动轮5上的转动手柄9，通过皮带7带动从动轮6转动，使第一转盘1绕水平轴旋转，在其附近空间激发出与第一转盘2平面一致的感生电场(涡旋状)。若此空间存在金属导体，则在导体中将产生感应电动势和感应电流。为了验证感生电场(涡旋电场)的存在，选用与第一转盘2等大的第二转盘3，使第一转盘2与第二转盘3同轴不接触地安装在轴承4上，即第一转盘2与第二转盘3间留有小空隙。

当第一转盘1旋转时，第一转盘1的周围产生涡旋电场，第二转盘3处于第一转盘1形成的涡旋电场空间内，则在第二转盘3中形成若干感应电流圈，此感应电流的磁场与原磁场作用导致第二转盘3随着第一转盘2的转动而转动；

本实施例中，第一转盘2的形状可以为圆形，在其他实施例，也可以为其他形状；第一转盘2和轴承4的材料均可以为塑料、木制材料或陶瓷等不导电材料；第二转盘3的形状也可以为圆形，在其他实施例中，第二转盘3也可以为其他形状；第二转盘3的材料为除了铁、钴、镍以外的导电材料，例如可以为铝、铜、等其他导电材料，避免学生认为是磁铁1直接吸引铁、钴、镍材料而引起的转动，该导电材料制成的第二转盘3能够在变化的磁场中转动起来，以便形象地演示涡旋电场的存在；优选的，第一转盘2与第二转盘3形状均为圆形；本实施例中，磁铁1优选为钕铁硼强磁铁。

图3是本实用新型一种教学用涡旋电场探究仪的第二实施例结构示意图，图4是本实用新型一种教学用涡旋电场探究仪的第二实施例的右视图；参见图3和图4，在该实施例中，在第一转盘2上也均匀分布有六颗磁铁1，可以理解的是，在其他实施例中，根据第一转盘2的面积与磁铁1面积的大小，也可以在第一转盘2上设置其他数量的磁铁1；

为使学生对变化的磁场在其附近空间形成涡旋电场的认识更具体化、更深入化，将六个漆包线绕制的线圈10的首尾安装有接头11，用裸导线12使线圈10既可通过接头11短接又可断开，绕制好的线圈10镶嵌在与第一转盘2等大的第二转盘3上，通过轴承4将第二转盘3与第一转盘2不接触地同轴安装，即第一转盘2与第二转盘3之间留有小空隙；可以理解的是，在其他实施例中，根据第二转盘3的面积和线圈10的面积大小，也可以在第二转盘3上镶嵌其他数量的线圈10，优选的，磁铁1的数量与线圈10的数量相同。

本实施例中第二转盘3的形状为圆形，可以理解的是，在其他实施例，也可以为其他形状；第一转盘2、第二转盘3和轴承4的材料均可以为塑料、木制材料或陶瓷等不导电材料；本实施例中，磁铁1优选为钕铁硼强磁铁，线圈10为漆包铜线圈。

具体操作步骤如下：

S1：用裸导线12将六个漆包线圈10的首尾两端通过接头11各自短接封闭，并将第二转盘3置于第一转盘2的附近，这里第二转盘3上的线圈10不与第一转盘2接触，转动手柄9使第一转盘2旋转，这时，第二转盘3亦随第一转盘2转动，这就是涡旋电场作用的效果。

S2：取下每个接头11上的裸导线12，使线圈10的首尾两端脱开，仍将第二转盘3置于第一转盘2的附近，这里第二转盘3上的线圈10不与第一转盘2接触，转动手柄9使第一转盘2旋转，这时，第二转盘3始终不动；

这里可以引导学生认识步骤S2与S1之间的差别，通过将闭合的线圈10变为不闭合的线圈10，而其余条件没有改变的情况下，第一转盘2的转动起来后，尽管其附近的空间仍将产生涡旋电场，但是线圈10断开无法形成电流，第二转盘3与第一转盘2产生的磁场无作用，因此第二转盘3不能转动起来。

进一步的，为使教学效果更好，可将每个线圈10通过接头11与发光二极管13相连接，仍置于第一转盘2的附近，转动手柄9使第一转盘2旋转，发光二极管13亮起，演示时形成光电一体旋转。

通过上面第一实施例和第二示例，可以引导学生分析，只要第一转盘2旋转引起磁场变化，就会在第一转盘2附近的空间激发涡旋电场。这一涡旋电场只依赖于磁场的变化，即使第二转盘3不存在，涡旋电场仍然存在。

因此，本实用新型的有益效果是：本实用新型克服了用高压交流电产生涡旋电场存在安全隐患的弊端，也克服了交流电是学生后续学习内容，学生无法理解的弊端；丰富了实验室涡旋电场演示、探究用器材；形象直观，原理易懂，效果明显，引人入胜；原理设计层层递进，逻辑分明，使学生对变化的磁场在其附近空间产生感生电场(涡旋电场)深信不疑。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。