一种安培力演示装置的制作方法

1.本实用新型涉及的是实验器材领域，具体而言，尤其涉及一种安培力演示装置。


背景技术：

2.磁场对电流的作用力通常称为安培力；这是为了纪念法国物理学家安培（1775－1836），因为他研究磁场对电流的作用力有杰出的贡献。安培力就是通电导线在磁场中受到的作用力；电流为i、长为l的直通电导线，在匀强磁场b中受到的安培力f大小计算公式为：f=ilb；安培力的方向由左手定则判定。
3.在现有技术中，安培力大小的演示是物理教学中的一个难点，虽然f=ilb这个公式说明了安培力的大小与磁场强度、电流大小以及通电导线长度有关，但是在课本中安培力的大小与电流和磁感应强度的关系只能通过定性的实验进行比较，没能定量的实验可用于分析；左手定则反映了电流、磁场以及安培力三者的方向。然而，由于磁场看不见、摸不着，对学生而言非常抽象；而安培力虽然可以测定，但是由于安培力实在太小，一般学校物理实验室内的设备根本无法去测定安培力，给安培力蒙上了一层神秘的面纱。现有安培力的演示器材一般采用的是u形磁体做通电导线受到的磁场力小，现象不明显，学生不易观察；通电导线内的电流大小虽然可以改变，但磁感应强度的大小无法改变，无法定量说明安培力的大小与磁感应强度的关系；同时采用u形磁体进行演示只能定性说明安培力的大小与电流大小的关系，无法定量说明安培力大小与电流大小的定量关系。因此，如何方便的测定安培力，并演示出安培力、磁场强度、电流大小以及通电导线长度四者之间的关系显得尤为重要。因此，鉴于上述方案于实际制作及实施使用上的缺失之处，而加以修正、改良，同时本着求好的精神及理念，并由专业的知识、经验的辅助，以及在多方巧思、试验后，方创设出本设计，故提供一种安培力演示装置，用于解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的之一在于提供一种安培力演示装置，以便于解决上述问题。
5.本实用新型一种安培力演示装置可以通过下列技术方案来实现：
6.本实用新型一种安培力演示装置包括支架，其为支撑主体；设置在所述支架上方的力传感器；悬挂在所述力传感器下方的通电导线；设置在所述力传感器下方的电磁铁组，所述通电导线垂直设置在所述电磁铁组产生的匀强磁场中；与所述电磁铁组串联连接的第一电源和第一电流检测装置，所述第一电源为可变电源；与所述通电导线串联连接的第二电源、第二电流检测装置和所述滑动变阻器。
7.在其中一种实施方式中，所述支架采用的木质支架，其上下设置有两层支撑板，两个所述支撑板水平设置且平行，所述力传感器水平放置在上支撑板上，所述电磁铁组水平放置在下支撑板上。
8.在其中一种实施方式中，所述通电导线采用的是矩形线圈，所述矩形线圈的底边全部垂直设置在电磁铁组中，其通过细线悬挂在所述力传感器的下方。
9.在其中一种实施方式中，所述电磁铁组包括两个电磁铁，两个所述电磁铁水平平行设置。
10.在其中一种实施方式中，所述电磁铁包括外壳和磁芯，所述外壳采用的是两个塑料片对称设置，所述磁芯设置在两个塑料片之间，其分别与所述第一电源、所述第一电流检测装置串联。
11.在其中一种实施方式中，所述磁芯由多个硅钢片依次设置叠加而成，所述硅钢片上缠绕有铜制漆包线。
12.在其中一种实施方式中，所述第一电源采用的是可调压变压器。
13.在其中一种实施方式中，所述第一电源的后端设置有整流器。
14.在其中一种实施方式中，所述第一电流检测装置和所述第二电流检测装置采用的是电流表或者万用表。
15.在其中一种实施方式中，所述第二电源采用的是学生电源。
16.与现有技术相比，本实用新型一种安培力演示装置的有益效果为：
17.本实用新型一种安培力演示装置通过改变通电导线的长度，同时通电导线中的电流大小和磁场大小不变，通过实时观察力传感器的数值变化，能够定量验证通电导线的长度和安培力之间的关系；通过改变滑动变阻器的阻值，从而改变通电导线中的电流大小，同时通电导线的长度和磁场大小不变，通过实时观察力传感器的数值变化，能够定量验证通电导线中的电流大小和安培力之间的关系；通过改变第一电源的电压大小，从而改变电磁铁组产生的匀强磁场大小，同时通电导线的长度和流过其中的电流大小不变，通过实时观察力传感器的数值变化，能够定量验证磁场大小和安培力之间的关系；同时本实用新型采用的测量部件都是实验室器材，且连接结构简单，具有一定的实用性和教学推广潜力。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1是本实用新型一种安培力演示装置的部件结构示意图。
20.图2是图1所示本实用新型一种安培力演示装置中通电导线在匀强磁场中安培力与通电导线长度的关系示意图；
21.图3是图1所示本实用新型一种安培力演示装置中通电导线在匀强磁场中安培力与通电导线中电流的关系示意图。
22.图中标示：11，支架；12，力传感器；13，通电导线；14，电磁铁组；141，外壳；142，磁芯；15，第一电源；151，整流器；16，第一电流检测装置；17，第二电源；18，第二电流检测装置；19，滑动变阻器。
具体实施方式
23.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
29.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.请参阅图1，本实用新型一种安培力演示装置主要包括支架11、力传感器12、通电导线13、电磁铁组14、第一电源15、第一电流检测装置16、第二电源17、第二电流检测装置18和滑动变阻器19；所述支架11为支撑主体；所述力传感器12设置在所述支架11的上方，其作用是精确测量所述通电导线13在磁场中受到的安培力大小；所述通电导线13悬挂在所述力传感器12的下方，由于所述通电导线13有一定的质量，会在所述力传感器12上有一定的读数，这个读数可以通过所述力传感器12的清零功能进行清除，故其受到的重力可以忽略不计；所述电磁铁组14设置在所述力传感器12的下方，所述通电导线13垂直设置在所述电磁铁组14产生的匀强磁场中；所述第一电源15为可变电源，其与所述第一电流检测装置16、所述电磁铁组14串联连接，通过改变所述第一电源15的输出电压大小，从而改变所述电磁铁组14产生磁场的磁感应强度的大小，所述第一电流检测装置16的作用是实时测量所述电磁铁组14中的电流大小；所述第二电源17、所述第二电流检测装置18、所述滑动变阻器19和所述通电导线13串联连接，所述第二电源17为所述通电导线13提供直流电，所述第二电流检测装置18的作用是实时测量实时通电导线13中的电流大小，所述滑动变阻器19的作用是通
过改变其阻值，从而改变所述通电导线13中的电流大小。
31.请参阅图1，在本实施例中，所述支架11采用的木质支架，其上下设置有两层支撑板，两个所述支撑板水平设置且平行，所述力传感器12水平放置在上支撑板上，所述电磁铁组14水平放置在下支撑板上，所述通电导线13悬挂在所述力传感器12的下方且垂直设置在所述电磁铁组14中的匀强磁场中。在本实施例中，所述通电导线13采用的是矩形线圈，所述矩形线圈的一个底边全部垂直设置在电磁铁组14中，其通过细线悬挂在所述力传感器12的下方。
32.请参阅图1，在本实施例中，所述电磁铁组14包括两个电磁铁，两个所述电磁铁水平平行设置，从而模拟出匀强磁场。在本实施例中，所述电磁铁的长度20cm，宽度5cm，高度6cm，其包括外壳141和磁芯142，所述外壳141采用的是两个塑料片对称设置，所述磁芯142设置在两个塑料片之间，其分别与所述第一电源15、所述第一电流检测装置16串联；所述磁芯142由多个硅钢片依次设置叠加而成，所述硅钢片上缠绕有铜制漆包线。在本实施例中，所述硅钢片上缠绕着直径为1mm的铜制漆包线200匝。在实验过程中，两个所述电磁铁水平平行放置，在两个所述电磁铁的中间形成的磁场在误差允许的范围内可以认为是匀强磁场。磁感应的大小也可以通过特丝拉计测量。
33.请参阅图1，在本实施例中，所述第一电源15采用的是可调压变压器，其输出电压为0到300v，所述可调压变压器的电压可以根据需求可以任意调节，由于所述可调压变压器输出的是交流电，而所述电磁铁组14采用的是直流电，所述第一电源15的后端还设置有整流器151，通过所述整流器151把交流电转换为直流电给所述电磁铁组14供电。所述第一电流检测装置16和所述第二电流检测装置18可以采用电流表或者万用表，在本实施例中，所述第一电流检测装置16和所述第二电流检测装置18采用的是电流表。在本实施例中，所述第二电源17采用的是学生电源。
34.请参阅图2，所述图2显示的是所述通电导线13在所述电磁铁组14模拟出的匀强磁场中受到的安培力与所述通电导线13长度的关系示意图，通过改变所述通电导线13长度，同时所述通电导线13中的电流大小和所述电磁铁组14产生的匀强磁场不变，从所述力传感器12可以实时观察出所述通电导线13受到的安培力大小，从图2可知，所述通电导线13的长度与其在匀强磁场中受到的安培力成正比。
35.请参阅图3，所述图3显示的是所述通电导线13在所述电磁铁组14模拟出的匀强磁场中受到的安培力与所述通电导线13中电流的关系示意图，通过调节所述滑动变阻器19的阻值，从而改变所述通电导线13中的电流大小，同时所述通电导线13长度和所述电磁铁组14产生的匀强磁场不变，从所述力传感器12可以实时观察出所述通电导线13受到的安培力大小，从图3可知，所述通电导线13中的电流大小与其在匀强磁场中受到的安培力成正比。
36.需要说明的是，本实用新型一种安培力演示装置通过改变所述通电导线13的长度，所述通电导线13中的电流大小和所述电磁铁组14产生的匀强磁场不变，通过实时观察所述力传感器12的数值变化，能够看出所述通电导线13的长度与其匀强磁场中受到的安培力成正比关系；通过改变所述滑动变阻器19的阻值，从而改变所述通电导线13中的电流大小，同时所述通电导线13长度和所述电磁铁组14产生的匀强磁场不变，通过实时观察所述力传感器12的数值变化，能够看出所述通电导线13的电流大小与其匀强磁场中受到的安培力成正比关系；通过改变所述第一电源15的电压大小，从而改变所述电磁铁组14产生的匀
强磁场的大小，同时所述通电导线13长度和其中的电流大小不变，通过实时观察所述力传感器12的数值变化，能够看出所述电磁铁组14产生的匀强磁场大小与所述通电导线13在匀强磁场中受到的安培力成正比关系。
37.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
38.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。