本發(fā)明涉及一種物理實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種單線圈電流的磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

目前的物理教學(xué)中，關(guān)于單線圈電流的磁感應(yīng)強(qiáng)度的知識(shí)點(diǎn)，一般物理教材中只給出了電流通過(guò)單線圈時(shí)在單線圈圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，對(duì)單線圈平面內(nèi)任意點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度沒(méi)有進(jìn)行討論，當(dāng)線圈匝數(shù)很多的時(shí)候，電磁感應(yīng)很強(qiáng)并且容易測(cè)量，但單線圈的電磁感應(yīng)較弱，特別是電流較小的時(shí)產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)很弱，就更不容易測(cè)量。

市面上已經(jīng)有的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量裝置大多是測(cè)量多線圈的電流磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器，而且都是在測(cè)量中直接讀數(shù)，對(duì)于物理教學(xué)中學(xué)習(xí)、理解相關(guān)電磁學(xué)知識(shí)沒(méi)有多大幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種單線圈電流磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量裝置，應(yīng)用于物理教學(xué)中，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，獲得單線圈平面內(nèi)任意點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況，并學(xué)習(xí)相關(guān)的物理知識(shí)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種單線圈電流磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，包括：桌板1、圓筒2、單線圈3、電源部分4、小磁針5、量角器6、中心線7、連接線8、平槽9、刻度線10。

所述的桌板1用硬質(zhì)塑料制成，是實(shí)驗(yàn)裝置的支承部分和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；

所述的桌板1上嵌入透明的圓筒2，單線圈3繞在圓筒2外側(cè)，并通過(guò)連接線8與電源部分4的接線柱相連接；

所述的桌板1上制有平槽9，平槽9的前端與桌板1的前端面平齊，后端面與線圈3平面對(duì)齊，平槽9的深度與所用的量角器厚度相同，即將量角器6放置在平槽9內(nèi)，量角器6的上表面和桌板1的上表面高度平齊。

所述的桌板1靠近平槽9后端的邊沿桌面上，制有刻度線10。

所述的單線圈3采用直徑1～2mm的銅導(dǎo)線制成，繞在透明圓筒2的外側(cè)以防線圈翹曲，確保單線圈3的各處均處于同一圓平面上，并使單線圈3的圓形平面和桌板1的上表面垂直。

所述的單線圈3的圓平面半徑R為6～10cm；

所述的單線圈3的圓平面的水平中心線7高出桌板1上表面的距離為小磁針5的指針到小磁針5底面的高度，當(dāng)小磁針5置于桌板1上表面時(shí)，小磁針5的指針的高度和中心線7高度平齊，當(dāng)小磁針5沿刻線10的邊沿移動(dòng)時(shí)，可以從刻度線10上準(zhǔn)確讀出小磁針5在單線圈3圓平面內(nèi)沿水平中心線7的位置。

在量角器6的角度頂點(diǎn)和小磁針5的指針中點(diǎn)上下對(duì)齊的情況下，將量角器6和小磁針5用膠水粘在一起，構(gòu)成一種新的測(cè)量工具：“磁針-量角器組合儀”如圖3所示。該“磁針-量角器組合儀”可以在平槽9內(nèi)沿著刻線10的邊沿整體移動(dòng)，可以從刻度線10上準(zhǔn)確讀出小磁針5在單線圈3圓平面內(nèi)沿水平中心線7的位置，又可沿著小磁針5的指向，順著量角器6上的刻線讀出小磁針5的偏轉(zhuǎn)角度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種單線圈電流磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)裝置，既可以定量的測(cè)量出單線圈平面內(nèi)，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況，又可以學(xué)習(xí)相關(guān)的物理知識(shí)，使用方便，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種單線圈電流磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。

圖2為本發(fā)明的單線圈3內(nèi)電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和地磁場(chǎng)B_X關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明的“磁針-量角器組合儀”示意圖。

圖中：1、桌板，2、圓筒，3、單線圈，4、電源部分，5、小磁針，6、量角器，7、中心線，8、連接線，9、平槽，刻度線10。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種單線圈電流磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示。

水平轉(zhuǎn)動(dòng)桌板1，調(diào)整桌板1的方向，使得單線圈3的圓平面和地磁場(chǎng)方向一致，即小磁針5放入單線圈3的圓平面內(nèi)，小磁針5所指的方向。單線圈3未通電流時(shí)小磁針5的指向和單線圈3處于同一平面內(nèi)。

單線圈3有電流通過(guò)時(shí)，單線圈3產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于單線圈3的圓平面，忽略地磁場(chǎng)垂直分量，則小磁針5在單線圈3內(nèi)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和地磁場(chǎng)B_X的作用下，偏轉(zhuǎn)角度θ，如圖2所示。則通過(guò)單線圈3的電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

B＝B_xtanθ (1)

當(dāng)小磁針5處于單線圈3的中心位置時(shí)，小磁針5的偏轉(zhuǎn)角度為θ₀，此時(shí)單線圈3的電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

地磁場(chǎng)的水平分量

式中，μ₀為真空磁導(dǎo)率；I為通過(guò)單線圈3的電流；R為單線圈3的半徑。

將(3)式代入(1)式，可得單線圈3電流的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

如果通過(guò)單線圈3的電流值I不變，式(4)中各項(xiàng)均可測(cè)量得到。

一種單線圈電流磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)裝置，具體的實(shí)施方式包括：

在單線圈3內(nèi)通過(guò)某一定值的直流電流，作為優(yōu)選，通過(guò)電流為1～2安；

首先將小磁針5置于單線圈3的圓平面中心點(diǎn)O處，則小磁針相對(duì)于單線圈3的圓平面方向偏轉(zhuǎn)θ₀，測(cè)得偏轉(zhuǎn)角度θ₀后，通過(guò)公式(3)即可計(jì)算出B_X值。

測(cè)量時(shí)首先將量角器6置于桌板1上的平槽9內(nèi)，因?yàn)槠讲?的深度與所用的量角器6厚度相同，即將量角器6放置在平槽9內(nèi)，量角器6的上表面和桌板1的上表面高度平齊。

使得量角器6上的角度的頂點(diǎn)位于線圈3的圓平面中心點(diǎn)O處的正下方，小磁針5置于量角器6上的角度頂點(diǎn)的正上方，小磁針5的指針中點(diǎn)恰好位于線圈3的圓平面的中點(diǎn)O處，此時(shí)小磁針5的圓柱形底座一半位于量角器6上，另一半位于桌板1的刻度線10上。沿著小磁針5所指引的方向，在量角器6上即可準(zhǔn)確的讀出單線圈3的圓平面中心點(diǎn)O處小磁針5的偏轉(zhuǎn)角θ₀。

此時(shí)可在量角器6的角度頂點(diǎn)和小磁針5的指針中點(diǎn)上下對(duì)齊的情況下，將量角器6和小磁針5用膠水粘在一起，構(gòu)成一種新的測(cè)量工具：“磁針-量角器組合儀”，該“磁針-量角器組合儀”可以在平槽9內(nèi)沿著刻度線10的邊沿整體移動(dòng)，可以從刻度線10上準(zhǔn)確讀出小磁針5在單線圈3圓平面內(nèi)沿水平中心線7的位置，又可沿著小磁針5的指向，順著量角器6上的刻線讀出小磁針5的偏轉(zhuǎn)角度，減小讀數(shù)誤差，讀數(shù)準(zhǔn)確方便。

然后將“磁針-量角器組合儀”在單線圈3圓平面內(nèi)沿水平中心線7移動(dòng)位置，作為優(yōu)選，可每次移動(dòng)單線圈3圓平面半徑R的1/8，由單線圈3的圓心O向單線圈3的導(dǎo)線一側(cè)移動(dòng)，并確保小磁針5的指針的中心點(diǎn)始終位于單線圈3圓平面的水平中心線7上，讀出對(duì)應(yīng)點(diǎn)的小磁針5的偏轉(zhuǎn)角度θ₁、θ₂、θ₃...，通過(guò)式(1)即可方便的計(jì)算出對(duì)應(yīng)各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度值B₁、B₂、B₃...。

由于單線圈3在實(shí)驗(yàn)裝置中是可以繞其中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以測(cè)得B₁、B₂、B₃...等，就等于已知了在單線圈3平面內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的全部布情況。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種單線圈電流磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)裝置，既可以定量的測(cè)量出單線圈平面內(nèi)，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況，又可以學(xué)習(xí)相關(guān)的物理知識(shí)，使用方便，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，實(shí)用性強(qiáng)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。