[實用新型]一種定量探究安培力的實驗裝置

有效

• 申請號: 201920490862.5
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN210039336U
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 田潔
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院基礎教育中心
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 51214 成都九鼎天元知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫杰;古波

本實用新型公開了一種定量探究安培力的實驗裝置，包括電源、連接導線、開關、滑動變阻器、電流傳感器、磁場導線、磁鐵、力傳感器、數據傳輸線和處理終端；所述電源、開關、滑動變阻器、電流傳感器、磁場導線通過連接導線串聯連接；所述磁鐵位于磁場導線上側，懸掛于力傳感器的下端；所述電流傳感器和力傳感器通過數據傳輸線與處理終端連通。采用本實用新型的一種定量探究安培力的實驗裝置，能定量探究安培力，且能使實驗測量更精確、減小實驗誤差、更具有可操作性；使數據處理過程更簡單快捷，最終能更好更直觀地體現實驗結論的正比關系。

技術領域

本實用新型涉及一種定量探究安培力的實驗裝置，屬于教學實驗裝置技術領域。

背景技術

目前，物理教材上給出的研究安培力的實驗設計有兩種，一種設計是將相同的蹄形磁鐵并列放置，可認為磁極間的磁場是均勻的，將一根直導線懸掛在磁鐵的兩極間，通電時觀察導線擺動的一個角度，通過角度定性比較安培力的大小，分別接通導線中的不同部分來改變導線的長度，電流由外部控制，先保持導線通電部分長度不變，改變電流大小，然后保持電流不變，改變導線通電部分的長度，觀察這兩個因素對安培力的影響。實驗結論為通電導體長度一定時，電流越大，導線所受安培力就越大，電流一定時，通電導線越長，安培力也越大。這種設計存在以下問題和缺點：設計中用到了蹄形磁鐵，但實驗室提供的蹄形磁鐵磁場較弱，導線受到的安培力較小，實驗效果不明顯；該實驗設計局限是只能定性研究，沒法對安培力進行定量探究。

第二種設計是給線框通以電流，將線框下端置于蹄形磁鐵間，使線框下端與磁場方向垂直，改變電流大小，測量不同的電流值和對應的線框受到的安培力大小，測安培力大小的方式為將線框掛于彈簧測力計下端，讀出未通電時彈簧測力計的示數和通電后彈簧測力計的示數，讀數相減得出安培力大小。通過建立數據表格分析歸納得出安培力大小和電流的定量關系。緊挨著蹄形磁鐵再并排放上一個相同的梯形磁鐵，達到將磁場中的導線長度變為兩倍的目的，重復以上過程，得出安培力大小和導線長度的定量關系。第二種設計存在以下問題和缺點：設計中導線在普通磁場中通以普通電流時所受安培力非常小，彈簧測力計無法達到這樣的精度要求，讀數測量結果誤差大，有補充方案提到增加線框中導線的匝數，但線框重力也增大，若要得到大小合適的安培力，則線框的重力也會增大很多，超出彈簧測力計的量程，所以這種設計不能精確測量安培力；通電后線框受力并不是嚴格在豎直方向上，實際效果線框會偏離豎直方向，與豎直方向呈現明顯偏角，甚至會被吸到磁極上，導致實驗不具有很好的可操作性；緊挨著蹄形磁鐵再并排放上一個相同的蹄形磁鐵，線框下端置于其間，則認為在磁場不變的前提下，磁場中的導線長度變為兩倍，但實際兩蹄形磁鐵的磁性不完全相同，即導線受到的總的安培力不是之前的兩倍，同時不同磁鐵間的線框甚至會因受力不均而傾斜及轉動，導致明顯的實驗誤差，最終不能很好地體現安培力大小與導線長度的正比關系；實驗數據處理是通過建立數據表格分析歸納得出安培力大小和電流大小的定量關系，實驗結論的體現不夠直觀。

發明內容

本實用新型的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種定量探究安培力的實驗裝置，本實用新型具有可操作性的定量探究安培力。

本實用新型采用的技術方案如下：

一種定量探究安培力的實驗裝置，包括電源、連接導線、開關、滑動變阻器、電流傳感器、磁場導線、磁鐵、力傳感器、數據傳輸線和處理終端；所述電源、開關、滑動變阻器、電流傳感器、磁場導線通過連接導線串聯連接；所述磁鐵位于磁場導線上側，懸掛于力傳感器的下端；所述電流傳感器和力傳感器通過數據傳輸線與處理終端連通。

作為優選，所述電源為直流穩壓電源。

作為優選，所述電源為可調電壓的學生電源。

作為優選，所述磁場導線為銅線圈。

作為優選，所述銅線圈為水平豎直放置。

作為優選，所述銅線圈可更換，根據實驗目的可更換為不同線圈匝數的銅線圈。