[實用新型]安培力實驗器

有效

• 申請號: 201320517121.4
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN203397581U
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 馮容士;李鼎;劉杭州
• 申請（專利權）人: 山東省遠大網絡多媒體股份有限公司
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所 37224
• 代理人: 王書剛

技術領域

本實用新型涉及一種用于測量安培力（磁場對電流的作用力）、電流以及電流與磁場方向的實驗器，屬于物理實驗教學技術領域。

背景技術

磁場對電流的作用力通常稱為安培力，目前的教學中一直缺乏能夠直接測量出安培力、電流、電流方向和磁場方向夾角，以探究歸納上述各物理量之間關系的實驗裝置。教材對于安培力的描述是：通電導線在磁場中受到的作用力。電流為I、長為L的直導線在勻強磁場B中受到的安培力大小為：F=ILBsin(θ)，其中(θ)為電流方向與磁場方向間的夾角。因此，要想準確的驗證以上結論，必須定量測出安培力、電流、磁感強度、導線長度及電流方向與磁感強度方向的夾角五個物理量。而在傳統實驗中，多采用測力計、電流表、直尺完成三個物理量的測量，由于測力計的靈敏度不高，要想獲得較大的安培力，必須增強磁感強度或加大供電電流，但受控于以上兩個因素，安培力一般小于1N。所以，用測力計準確測出安培力的值，是非常困難的，因此，定量實驗很難完成。

隨著電子技術和信息技術的發展，測量力與電流的傳感器逐漸應用于該實驗中，但由于測量模型的不完善，使得該實驗的進展不大，即使有部分與傳感器配合使用的實驗模型，但也存在的諸多的弊端。如CN2011200649485公開的一種《安培力實驗儀》所描述的實驗裝置，其改變供電方向與磁場方向的夾角是通過調節線圈（同步帶動傳感器）的方向來實現，這種方式測量某幾個固定角度，無法使角度勻速變化，不能觀察角度變化時，安培力動態變化的結果，且操作復雜，使用非常不方便。該實驗儀所用的磁場是用電磁鐵來實現，由于其傳感器的靈敏度受限，要想取得穩定的安培力，需要較大的供電流支撐，實驗條件要求提高，且存在一定的不安全因素。

發明內容

本實用新型針對現有安培力實驗技術存在的不足，提供一種計數準確、操作簡單，能夠準確的測量出實驗數據的安培力實驗器。

本實用新型的安培力實驗器，采用以下技術解決方案：

該安培力實驗器，包括底座、線圈、角度轉盤、磁鐵、微力傳感器、電流傳感器和學生電源；底座上通過轉軸安裝有角度轉盤，角度轉盤上設有轉動角度刻線，角度轉盤上固定有兩塊磁鐵，兩塊磁鐵的N極和S極相對；底座上在角度轉盤的一側設置有立柱，立柱上固定安裝有支架，立柱下部在角度轉盤上方設置有指針，微力傳感器安裝在支架上；微力傳感器上懸掛有線圈，線圈處于兩塊磁鐵之間，線圈上根據匝數設置抽頭，其中一個為公共抽頭，其余為匝數抽頭，電流傳感器一端與線圈上的公共抽頭連接；電流傳感器與學生電源的負極和線圈的公共抽頭連接，學生電源的正極與線圈的一個匝數抽頭連接，學生電源、電流傳感器和線圈串聯在一起，形成閉合回路。

所述底座上設置接線柱及插座，接線柱的數量與線圈上的抽頭數一致，各個接線柱分別通過導線與插座中的各個接線端一一對應連接，所述線圈上的各個抽頭均連接至一個抽線插頭，該抽線插頭與底座上的插座連接。

實驗時，將學生電源負極、電流傳感器、線圈的公共抽頭、線圈上的一個匝數抽頭、學生電源正極串聯在一起，形成閉合回路；微力傳感器和電流傳感器通過數據采集器連接到計算機，將兩個傳感器調零，打開學生電源，調節學生電源電壓，記錄微力傳感器數據；轉動角度轉盤改變磁場與通電線圈的角度，觀察微力傳感器示數變化，保持電流和線圈匝數不變，調整角度轉盤位置，使磁場方向與電流方向平行，觀察微力傳感器示數為零，改變角度轉盤角度，記錄微力傳感器示數變化，探究安培力F和電流方向與磁場方向間的夾角θ的關系；保持夾角θ與匝數不變，改變供電電流，測出一組數據，探究安培力F與電流I?的關系；保持夾角θ與電流I不變，改變線圈的匝數（即相當于改變導線的長度L），測出一組數據，探究安培力F與導線長度L的關系。最后總結驗證F=BILsin（θ）。

本實用新型通過微力傳感器自動記錄安培力大小，因微力傳感器靈敏度較高，可測得0.001N的變化，保證了實驗的成功率；電流傳感器測量電流的數值，對供電電流的要求符合教學儀器的標準；只要轉動角度轉盤即可改變電流方向與磁場方向夾角，并且可勻速連續轉動；通過學生電源控制電流，通過插拔接線柱來改變線圈匝數的同時可改變通電導線長度，可以單獨研究某一個變量對安培力大小的影響與關系，計數準確、操作簡單。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結構示意圖。

圖2是本實用新型中底座的結構示意圖。