專利名稱：法拉第電磁感應(yīng)定律探究儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種教學(xué)用實驗儀器，特別涉及一種用來演示、 定量探究法拉第電磁感應(yīng)定律的實驗儀器。
技術(shù)背景法拉第電磁感應(yīng)定律的主要內(nèi)容是當(dāng)回路的磁通量發(fā)生變化 時，回路中感應(yīng)電動勢的大小和穿過回路的磁通量變化率成正比。為 了讓學(xué)生對法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行精確的定量探究，常常需要讓學(xué) 生自己做實驗。實驗原理線圈的匝數(shù)、面積和磁鐵一定，穿過線圈 的磁通量的變化率與磁體運動的速度成正比。現(xiàn)有技術(shù)中常常是利用 永磁體從一定高度自由落下以獲得一定的速度穿過回路，在回路上產(chǎn) 生電動勢，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對產(chǎn)生的電動勢進(jìn)行實時測量和顯示， 通過增減永磁體的個數(shù)來改變磁通量的變化量，改變永磁體下降的高 度來改變磁鐵穿過線圈的速度(磁通量的變化率)進(jìn)行實驗。可以讓 學(xué)生很直觀地從顯示中看到所產(chǎn)生的電動勢與各參數(shù)變化有關(guān)。但 是，其實驗原理有一個缺點，就是規(guī)格完全一樣的磁鐵疊加起來， 其周圍的磁感應(yīng)強度并不是原來的2倍，磁鐵下落高度一定，磁鐵穿 過線圈的速度就一定，但穿過回路的磁通量變化率卻不是2倍，此實 驗就不能進(jìn)行精確的定量分析，只能定性或半定量分析?，F(xiàn)有技術(shù)中 沒有測量速度的裝置，而是應(yīng)用自由落體的運動學(xué)公式v = #推知 速度與高度的平方根成正比。由于無法精確確定磁鐵運動到什么位置
時感應(yīng)電動勢最大，也就無法精確確定高度的起點，高度的確定誤差 較大。因此，現(xiàn)有技術(shù)只能定性，盡多是半定量粗略地研究法拉第電 磁感應(yīng)定律。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型為解決現(xiàn)有法拉第電磁感應(yīng)定律不能精確定量探究， 只能進(jìn)行定性的分析的不足，提供一種能對法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行 精確定量探究的實驗方法。
本實用新型為解決其技術(shù)問題提供的技術(shù)方案是法拉第電磁 感應(yīng)定律探究儀，包括數(shù)據(jù)采集器、電壓傳感器、速度傳感器、計算 機、線圏、永久磁鐵塊和永久磁鐵塊傳送系統(tǒng)；
電壓傳感器輸入端接線圈的兩端，將線圈內(nèi)感應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換為電 信號從輸出端輸出；
數(shù)據(jù)采集器的輸入端接電壓傳感器的輸出端，輸出端接計算機的 數(shù)據(jù)總線，將電壓傳感器上的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；
速度傳感器安裝在線圃的一側(cè)，其輸出端接數(shù)據(jù)采集器的一個輸 入端；
計算機通過總線接數(shù)據(jù)采集器，其中控制總線接數(shù)據(jù)采集器控制 端，地址總線接數(shù)據(jù)采集器選通信號，數(shù)據(jù)總線接數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù) 輸出端；
線圈豎立在實驗臺架上，線圈的接頭與電壓傳感器的輸入端連
接；
一個永久磁鐵塊傳送系統(tǒng)，永久磁鐵塊固定在該傳送系統(tǒng)上，該 傳送系統(tǒng)穿過線圈，該永久磁鐵塊傳送系統(tǒng)包括傳動直流電機、傳送
帶、固定輪，傳動直流電機和固定輪固定在所述線圈的兩側(cè)，傳送帶 穿過線圈，兩端分別與傳動直流電機和固定輪連接。
在線圈的一側(cè)還安裝有一個速度傳感器，該測速傳感器可以是一 光電門，其輸出信號接數(shù)據(jù)采集器的輸入端。
傳動帶為皮帶，皮帶上有固定永久磁鐵的裝置，該傳動系統(tǒng)的動 力由電動機提供，此電動機為直流電動機，電動機的轉(zhuǎn)速可以通過改 變出入電壓的變化而改變。
本實用新型由于采用一個皮帶傳送帶帶動永久磁鐵穿過線圈，可 以通過測量或利用直流電機設(shè)定傳送帶的傳送速度來確定永久磁鐵 塊穿過線圈的速度，從而定量分析磁鐵穿過線圈的速度與所產(chǎn)生的感 應(yīng)電動勢之間的關(guān)系，通過變換即可定量分析法拉第電磁感應(yīng)定律所 反映的磁通量的變化率與感應(yīng)電動勢成正比。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。 圖h本實用新型信號流程圖 圖2:本實用新型示意圖
圖中l(wèi)永久磁鐵塊，2線圈，3傳送帶，4傳動直流電機、5固定 輪。
具體實施方式
在


圖1中，當(dāng)線圈中的磁通量發(fā)生變化時，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電 動勢，利用電壓傳感器將感應(yīng)電動勢的大小傳送到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù) 釆集器采集好數(shù)據(jù)通過計算機進(jìn)行計算和顯示。
圖2中將永久磁鐵塊1固定在傳送帶上3,使永久磁鐵塊1隨傳
送帶3 —起穿過線圈2,用電壓傳感器記錄線圈2中的感應(yīng)電動勢5， 傳送帶由傳動直流電機4帶動，傳動帶的另一端有一固定輪5。在靠 近線圈的一側(cè)安裝一個光電門用以測量永磁鐵穿過線圈時的速度。利用本實用新型進(jìn)行法拉第電磁感應(yīng)定律實驗時，將磁鐵1固定 在傳送帶3上，使磁鐵1隨傳送帶3—起穿過線圈2，用電壓傳感器 記錄線圈2中的感應(yīng)電動勢E，同時用光電門記錄磁鐵的速度v,利 用朗威DIS Lab數(shù)據(jù)釆集器將五和v釆集通過數(shù)據(jù)總線輸入到計算 機中。由于磁鐵一定，線圈的面積一定，故磁通量的變化Zi ^和速度 v成正比。只要能驗證五與v成正比，就能說明法拉第電磁感應(yīng)定律: 當(dāng)回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中感應(yīng)電動勢的大小和穿過回路的 磁通量變化率成正比。下表就是在實驗時保持線圈匝數(shù)不變的情況 下，通過改變傳送帶的速度測量不同速度時從計算機中顯示的電動勢 五與和磁鐵運動速度v，可以發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電動勢與永磁鐵穿過線圈的速 度在誤差范圍內(nèi)是成正比的。感應(yīng)電動勢￡" (V)速度v (m/s)10.600.13121.140.25932.160.517為了證明感應(yīng)電動勢大小與線圈的匝數(shù)的關(guān)系，可以將線圈匝進(jìn) 行變化，在線圈匝數(shù)不同時，永磁鐵以相同的速度穿過線圈，本實用新型實例將線圈匝數(shù)設(shè)計為1500匝，每500匝有一個中間抽頭，在 保持強磁鐵速度v不變的情況下，測出線圈匝數(shù)為500、 1000、 1500 對應(yīng)的感應(yīng)電動勢五、2五、3五，從而證明感應(yīng)電動勢的大小與線圈 的匝數(shù)成正比。
權(quán)利要求1法拉第電磁感應(yīng)定律探究儀，包括數(shù)據(jù)采集器、電壓傳感器、計算機、線圈、永久磁鐵塊；電壓傳感器輸入端接線圈的兩端，輸出端接數(shù)據(jù)采集器的一個輸入端；數(shù)據(jù)采集器的一個輸入端接電壓傳感器的輸出端，輸出端接計算機的數(shù)據(jù)總線，將電壓傳感器上的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；計算機通過總線接數(shù)據(jù)采集器，其中控制總線接數(shù)據(jù)采集器控制端，地址總線接數(shù)據(jù)采集器選通信號，數(shù)據(jù)總線接數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)輸出端；線圈豎立在實驗臺架上，線圈的接頭與電壓傳感器的輸入端連接；其特征在于，還包括一個永久磁鐵塊傳送系統(tǒng)和一個速度傳感器，所述永久磁鐵塊固定在該傳送系統(tǒng)上，在該永久磁鐵塊上固定一個遮光片，速度傳感器安裝在線圈的一側(cè)，該速度傳感器的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集器相連，可感受到永久磁鐵塊上固定的一個遮光片的運動，該速度傳感器的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集器的一個輸入端相連，該傳送系統(tǒng)穿過線圈。
專利摘要法拉第電磁感應(yīng)定律探究儀是在教學(xué)上用于給學(xué)生演示和讓學(xué)生分組實驗用的探究法拉第電磁感應(yīng)定律的裝置。其技術(shù)方案是利用一個傳動帶帶動永磁鐵穿過線圈，對傳動輪的速度可以控制，以保證永磁鐵以不同的速度穿過線圈，產(chǎn)生不同的感應(yīng)電動勢，定量探究法拉第定律。在以往各種版本的物理教材上，“法拉第電磁感應(yīng)定律”都是經(jīng)過定性研究后給出，沒有定量研究的教具，就不能讓學(xué)生在自己定量探究的前提下自己得出法拉第電磁感應(yīng)定律，新教改提倡的探究式學(xué)習(xí)就不能在這節(jié)課上實施。本實用新型讓學(xué)生可以通過精確的實驗直觀地了解感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過線圈的磁通量的變化率成正比。
文檔編號G09B23/00GK201004283SQ200720118739
公開日2008年1月9日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者吳祥志 申請人:吳祥志