[實(shí)用新型]法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020569120.0
• 申請(qǐng)日: 2010-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN201820384U
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮容士;陳開云;李鼎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體股份有限公司
• 主分類號(hào): G09B23/18
• 分類號(hào): G09B23/18
• 代理公司: 濟(jì)南日新專利代理事務(wù)所 37224
• 代理人: 王書剛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)器，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)用具技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，公知的高中物理教學(xué)中一直缺乏能夠直接歸納出電磁感應(yīng)定律的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。教材上一般的說法是：經(jīng)過大量精確實(shí)驗(yàn)總結(jié)出，電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比，這就是法拉第電磁感應(yīng)定律，公式表述為：E＝nΔΦ/Δt＝nBLv。

由于缺乏實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，學(xué)生接受這個(gè)定律缺乏必要的感性認(rèn)識(shí)。硬性地給出結(jié)論，會(huì)使學(xué)生失去探究科學(xué)的興趣。即使有試圖通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論的，也只是將人工纏繞的線圈固定后與電壓表或電壓傳感器相連接，使磁鐵下落并穿過線圈，然后通過電壓表指針的偏轉(zhuǎn)或電壓傳感器的波形變化確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。通過更換不同匝數(shù)的線圈，改變磁鐵的數(shù)量或改變磁鐵下落的高度來總結(jié)法拉第電磁感應(yīng)定律。這樣的實(shí)驗(yàn)所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能實(shí)時(shí)精確的記錄數(shù)據(jù)，所以只能完成定性測(cè)量，不能定量得出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與相關(guān)某一參量成正比關(guān)系。并且這種實(shí)驗(yàn)方法繁瑣、操作不嚴(yán)謹(jǐn)，使得實(shí)驗(yàn)缺少說服力。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)中存在的不足，提供一種計(jì)數(shù)精確、操作簡(jiǎn)單、能夠直觀的觀測(cè)到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)器。

本實(shí)用新型的法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)器采用以下技術(shù)解決方案：

該法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)器包括底座、線框、線框滑軌、光電門傳感器、光電門支架、磁鐵、磁鐵架和功能桿；線框滑軌、光電門支架和磁鐵架均安裝在底座上，線框安裝在線框滑軌的軌道上，光電門傳感器安裝在光電門支架上，磁鐵固定安裝在磁鐵架上；底座內(nèi)安裝有信號(hào)采集器，信號(hào)采集器中設(shè)置有USB座、英式插座和連接導(dǎo)線，英式插座通過信號(hào)線與光電門傳感器連接；線框內(nèi)纏繞有線圈，線框外側(cè)安裝有一組接線柱，接線柱與信號(hào)采集器中的連接導(dǎo)線相連；功能桿安裝在線框上。

底座的兩側(cè)均設(shè)置有滑槽，線框滑軌和光電門支架通過裝入滑槽內(nèi)的螺栓安裝在底座上。

底座上位于線框的下方設(shè)有緩沖裝置，用來降低線框下落時(shí)對(duì)底座的沖擊力。

功能桿一端為擋光部，一端為手柄部。

光電門傳感器采用中國(guó)專利文獻(xiàn)CN201352358公開的《一種滴定計(jì)數(shù)器》中所述的光電門傳感器。

本實(shí)用新型的法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)器的實(shí)驗(yàn)過程如下：

將USB座通過USB通訊線連接計(jì)算機(jī)，然后手持功能桿的手柄部使線框從某一高度下落。當(dāng)功能桿擋光部經(jīng)過光電門傳感器時(shí)，光電門傳感器自動(dòng)記錄擋光的時(shí)間，信號(hào)采集器同時(shí)采集擋光時(shí)間和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如此反復(fù)使線框從不同高度下落，得到多組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(E)與速度(v)的數(shù)據(jù)。由于在實(shí)驗(yàn)過程中磁鐵強(qiáng)度及線框長(zhǎng)度不變，即公式E＝nBLv中的B與L不變，可通過控制變量法探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與速度的關(guān)系。將連接導(dǎo)線插接接線柱，以同樣的方法使線框下落，點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)法拉第實(shí)驗(yàn)軟件中的擬合工具，法拉第實(shí)驗(yàn)軟件中出現(xiàn)多條關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(E)與速度(v)的過原點(diǎn)的直線，在同一速度下比較多個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值，即可驗(yàn)證感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(E)與匝數(shù)(n)的正比關(guān)系。

本實(shí)用新型通過光電門傳感器自動(dòng)記錄當(dāng)前的擋光時(shí)間并通過軟件計(jì)算出速度，采集器同時(shí)采集擋光時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，計(jì)數(shù)同步且準(zhǔn)確。線框從不同的高度下落，通過直線擬合的方式直觀實(shí)時(shí)的反映當(dāng)前感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與速度變化的關(guān)系。通過插拔接線柱來改變線圈匝數(shù)，計(jì)算機(jī)軟件就能夠繪制不同匝數(shù)線圈對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響，使操作更簡(jiǎn)潔方便。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中線框的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的底座底面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、光電門傳感器，2、螺栓，3、光電門支架，4、螺栓，5、磁鐵架，6、磁鐵，7、緩沖裝置，8、USB座，9、底座，10、線框滑軌，11、接線柱，12、線框，13、功能桿，14、線圈，15、滑槽，16、穿線孔，17、英式插座，18、信號(hào)采集器。

具體實(shí)施方式