专利名称:地磁自抵安培定则演示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中学物理安培定则的实验仪器。
背景技术：
在中学物理安培定则的教学中所用的演示实验一直是并不能直接把安培定则展现出来的奥斯特实验。
公开号为CN1462987A的“避地磁干扰单直导线安培仪”和公开号为CN101145295A的“消地磁对安培定则的实验的干扰的方法和采用该方法的仪器”虽然都能直接把安培定则和直线电流的磁场在空间分布的景象和规律一并展现出来，但它们的构造较复杂而且要先对仪器做一番调整才可做实验。
发明内容
本发明是为解决地磁场对安培定则的实验的干扰的问题，提供一种能使地磁场的作用自相抵消的安培定则演示器，即地磁自抵安培定则演示器，简称“演示器”。
该演示器系由提供竖直直线电流的装置、可转动的地磁自抵磁针耦和托板等三个部件组成。
下面结合附图对本发明做详细说明。
图1示出地磁自抵磁针耦(简称磁针耦)的构造和其受地磁场作用的磁场力。
图2示出可转动的磁针耦。
图3示出直接支撑磁针耦的轴承。
图4是可转动的磁针耦的纵剖面图。
图5示出在长直导线中的电流的磁场中的可转动的磁针耦受磁场力的情况。
图6中有托板的正视图、俯视图、左视图和仰视图。
图7示出用竖直长直导线做的安培定则的实验。
图8示出提供竖直直线电流的装置。
图9示出整个地磁自抵安培定则演示器。
图10示出用地磁自抵安培定则演示器做的安培定则实验。
具体实施方式
图1示出的地磁自抵磁针耦是由小磁针1、小磁针1’、长轴2、顶针3和顶针3’等构成的。磁矩和形状完全相同而长度都是2厘米的小磁针1和1’分别安装在由轻质而刚硬的材料制成的长为29厘米的均匀细直杆形成的长轴2的两端。小磁针1和1’相互平行而其N极所指的方向恰相反，它们都与长轴2垂直。小磁针1、小磁针1’、长轴2等的重心与顶针3和顶针3’都在磁针耦的轴线4上。
在匀强的地磁场B的作用下，小磁针1的二磁极受到的磁场力FN、FS所形成的力偶矩与小磁针1’的二磁极受到的磁场力FN’、FS’所形成的力偶矩恰好大小相等方向相反力偶矩之和为零，磁针耦处于随遇平衡状态，就如同没有地磁场一样。
图2示出小支架6通过轴承5和5’将磁针耦撑起，使之成为可转动的磁针耦。
图3中有轴承5的正视图、俯视图和沿A-A线的剖视图。轴承5是个“臼”形体，体内空间形成一倒置的圆锥体，圆锥体的顶7就是臼形轴承的臼底7。
图4示出可转动的磁针耦的纵剖面。长轴2长29厘米而小磁针1和1’长为2厘米。顶针3和3’的针尖就成为磁针耦的二个支点，使磁针耦可灵敏地自由转动。
图5示出在载流长直导线8近旁的可转动的磁针耦。轴线4与长直导线8垂直相交于长直导线8的中点。
载流直导线8长为100厘米。小磁针1与长直导线8相距1厘米，小磁针1’与长直导线8相距30厘米。小磁针1的二磁极受到电流的磁场力FN和FS所形成的力偶矩要比小磁针1’受到的电流的磁场力FN’与FS’所形成的力偶矩大出二个数量级，所以在电流I的磁场的作用下可转动的磁针耦转动的结果是使小磁针1的N极转到并停驻在直线电流I在其所在处所产生的磁场的方向上。一个磁针耦的二个小磁针中靠近长直导线的那一个就是用来显示电流的磁场的方向的。
图6示出托板9的构造。长直导线8穿入中心圆孔11后，用弹簧夹10夹住长直导线8，使长直导线8与托板9相互垂直地固定成一体，同心圆12与射线13共同组成磁针耦在托板9上的方位的参照系，而同心圆12又做为直线电流的磁场的磁感线12。
图7示出用可转动的磁针耦和载流竖直长直导线8所做的安培定则的实验。
通过中心圆孔11与弹簧夹10，将托板9与竖直的直导线8相互垂直地固定在直导线8的中点，托板9保持水平。将可转动的磁针耦放到托板9上，长轴2都与相应的射线13平行而轴线4都与直导线8垂直相交。小磁针1与直导线8相距1厘米而小磁针1’与直导线8相距30厘米，将磁针1’视做在直导线8中的电流I的磁场之外。只要以3节1号干电池并联为直导线8提供电流I，各小磁针1的N极都将很到位地转到并停驻在直线电流I在其各自所在处所产生的磁场的方向上，握直导线8的右手的拇指指电流I的方向则弯曲的四个手指所指的方向就是直线电流I所产生的磁场的磁感线12环绕的方向。这就是在实验中，安培定则的直接展现。在实验中还可直接看到直线电流的磁场在空间分布的景象和分布的规律。
图8示出提供竖直直线电流的装置。
弓形架两端的弹簧夹14、15夹住直导线8的两端，直导线8、弓臂16、弓背17和弓臂18四者围成一长100厘米宽80厘米的矩形框。弓臂16与横挡19共同组成仪器底座。将底座放在水平台面26上，直导线8竖直而立。内置可改变电流方向的电键的电源盒20可容3节1号干电池并联。由电源盒20的一极引出导线25以次穿过小圆环21、22、23后接到直导线8的上端，由另一极引出导线24接到直导线8的下端，形成闭合电路，直导线8中就有竖直向上或向下的直线电流I。
图9示出地磁自抵安培定则演示器系由提供竖直直线电流的装置、托板9和可转动的磁针耦等三者构成。除小磁针1和1’外，本演示器所有零部件都是用非铁磁性材料制成。把演示器放到水平台面26上，直导线8直立，托板9水平，可转动的磁针耦放在水平的托板9上，轴线4与竖直的直导线8垂直相交于直导线8的中点。把托板9上所有磁针耦都视为在弓臂16、弓背17和弓臂18所对应的各段导线中的电流的磁场之外而小磁针1’又都在直导线8中的电流的磁场之外，只有小磁针1只在直导线8中的电流I的磁场之内。
图10示出用地磁自抵安培定则演示器做的直接把安培定则和直线电流的磁场在空间分布的规律一并展现出来的实验。
通过由弓臂16与横挡19组成的底座，把地磁自抵安培定则演示器放到水平的台面26上，直导线8直立，托板9水平。放在托板9上的可转动的磁针耦的长轴2都与相应的射线13平行而磁针耦的轴线4都与直导线8垂直相交于直导线8的中点。在电源盒20内放入3节1号干电池并联。接通电路，小磁针1的N极就将转到并停驻在直导线8中的直线电流I在其所在处所产生的磁场的方向上。握直导线8的右手的拇指指电流I的方向，其余弯曲的四个手指所指的方向就是磁感线12环绕的方向。
权利要求
一种地磁自抵安培定则演示器，它包括提供竖直直线电流的装置、托板和可转动的磁针耦，所述提供竖直直线电流的装置具有两端装有弹簧夹(14和15)的弓形架、被弹簧夹(14和15)夹住两端的直导线(8)、由弓臂(16)和横档(19)组成的底座而该底座放到水平台面上则直导线(8)直立，为直导线(8)提供电流的电源(20)，所述托板(9)通过其中心圆孔(11)和弹簧夹(10)与直导线(8)相互垂直地装在直导线(8)的中点，所述可转动的磁针耦具有小磁针(1和1’)、长轴(2)、顶针(3和3’)、轴承(5和5’)、轴线(4)和支架(6)，其特征在于小磁针(1和1’)完全相同它们相互平行而N极指向相反并都与长轴(2)相互垂直地分别装在长轴(2)的两端再在长轴(2)两端装上顶针(3和3’)就构成磁针耦而地磁场在所述磁针耦上的作用自相抵消；将所述磁针耦装在带有轴承(5和5’)的支架(6)上就构成可转动的磁针耦；将可转动的磁针耦放在水平的托板(9)上而轴线(4)与载流直导线(8)垂直相交则靠近直导线(8)的小磁针(1)转到并停驻在直线电流在其所在处所产生的磁场的方向上若握直导线(8)的右手的拇指指电流的方向则弯曲的四个手指指电流的磁场的磁感线(12)环绕的方向在实验中直接把安培定则展现出来。
专利摘要
本发明涉及一种安培定则实验仪器，包括可转动的磁针耦、托板和提供竖直直线电流的装置。相同的小磁针(1和1’)相互平行N极指向相反，垂直装在长轴(2)两端，长轴(2)两端再装上顶针(3和3’)就构成磁针耦，长轴(2)、小磁针(1和1’)的重心与顶针(3和3’)都在轴线(4)上。磁针耦装在带有轴承(5和5’)的支架(6)上就构成可转动的磁针耦。将可转动的磁针耦放在水平的托板(9)上，轴线(4)与载流竖直直导线(8)垂直相交于其中点，则小磁针(1)们的N极转到并停驻在电流I的磁场的方向上，这就是安培定则的直接展现。握直导线(8)的右手的拇指指电流I的方向则弯曲的四个手指所指的方向就是磁感线(12)环绕的方向。
文档编号G09B23/00GKCN101290722SQ200810114703
公开日2008年10月22日 申请日期2008年6月11日
发明者许鸿滨 申请人:许鸿滨导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan