專利名稱：電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是由磁鐵、線圈組成的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明還涉及電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置多抽頭感應(yīng)線圈和專用支架的制造方法。
背景技術(shù)：
電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一，它揭示了電與磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的重要方面，它的發(fā)現(xiàn)在科學(xué)上和技術(shù)上都具有劃時代的意義。法拉第經(jīng)過十年的精心實(shí)驗(yàn)研究，于1831年第一次發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并總結(jié)出法拉第電磁感應(yīng)定律導(dǎo)體回路中感應(yīng)電動勢的大小與穿過回路的磁通量的變化率成正比。1834年，楞次提出了判斷感應(yīng)電流方向的方法閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，這個結(jié)論叫做楞次定律。如何采用便捷的方法和簡單的裝置獲得并記錄電磁感應(yīng)過程的全部信息供人們分析研究，一直是科技工作者探索和追求的目標(biāo)。
利用中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局所提供的專利檢索系統(tǒng)對該類發(fā)明進(jìn)行全面檢索，獲得專利文獻(xiàn)如下1.電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置(公開號CN2033530
公開日1989.03.01)，該實(shí)用新型把原來的用手動切割磁力線，改變成重力作用切割磁力線，并用雙軌道、滾棒和電表組成閉合電路，把永磁鐵改成電磁鐵。該裝置只能看到電表指針的擺動，無法驗(yàn)證電磁感應(yīng)現(xiàn)象所涉及的各物理量之間的量化關(guān)系。
2.一種新型電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)器具(公開號CN253587
公開日2003.02.12)，它主要包括一個與電動機(jī)相連的機(jī)座一個與所述機(jī)座相連可轉(zhuǎn)動的金屬圓盤，還有一個與所述機(jī)座相連的轉(zhuǎn)動支架，在所述的轉(zhuǎn)動支架上安裝有上、下磁鐵。該實(shí)用新型驗(yàn)證的是電磁阻尼作用。
3.電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置(公開號CN2686011
公開日2005.03.16)，該實(shí)用新型由U型磁鐵、線圈、支架、底板、電流表構(gòu)成。移動支架、線圈切割磁力線，電流表顯示電流。仍無法準(zhǔn)確測定電磁感應(yīng)現(xiàn)象之間的量化關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以獲得并記錄電磁感應(yīng)過程的全部信息供人們分析研究的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是圓柱形永久磁鐵在重力作用下穿過固定在專用支架上且直立的導(dǎo)管自由下落至磁鐵吸附墊；固定在導(dǎo)管外的兩個多抽頭感應(yīng)線圈把圓柱形永久磁鐵經(jīng)過時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的全部變化過程傳給數(shù)字存儲示波器的兩個通道供其顯示并儲存。
本發(fā)明所使用的專用支架是中空結(jié)構(gòu)，可以保證圓柱形永久磁鐵穿過基座下落至地面；三個地腳螺絲用于調(diào)節(jié)導(dǎo)管的垂直；固定導(dǎo)管的套管外面采用焊接方法加裝兩個緊固圈，緊固圈上面設(shè)有緊固螺絲和圓柱形橡膠墊。
本發(fā)明所使用的多抽頭感應(yīng)線圈，采用了單根漆包線在骨架的線槽內(nèi)纏繞并在相等匝數(shù)處抽頭的繞制方法，各抽頭通過骨架上的穿線槽繞到接線盤的下面焊接在探針上。接線盤的上表面噴涂或印制線圈符號和數(shù)字，與骨架采用熱熔膠膠合或螺絲固定的方法合為一體。為了可以上下拉動多抽頭感應(yīng)線圈，骨架還配有圓柱形橡膠墊和摩擦力調(diào)節(jié)螺絲。
本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可以在量化研究法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律的同時，實(shí)現(xiàn)對重力、磁力等物理量的測量。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置專用支架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置多抽頭感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)示意圖；圖4和圖5是圖3所示多抽頭感應(yīng)線圈的骨架和接線盤示意圖；圖6至圖8分別描述了本發(fā)明電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置幾種使用方法所對應(yīng)的顯示結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
在圖1所示的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置中，圓柱形永久磁鐵1在重力作用下穿過固定在專用支架4上且直立的導(dǎo)管3自由下落至磁鐵吸附墊5。設(shè)置在導(dǎo)管3外的兩個多抽頭感應(yīng)線圈2把圓柱形永久磁鐵1經(jīng)過時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的全部變化過程傳給數(shù)字存儲示波器6的兩個通道供其顯示并儲存。導(dǎo)管3根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不同選用玻璃管、銅管、鋁管或不銹鋼管，導(dǎo)管3的外徑為15毫米，內(nèi)徑為12毫米，長度為1-1.5米，便于不同高度的人操作。圓柱形永久磁鐵1的直徑為10毫米，長度為10-20毫米，太長會使感應(yīng)電動勢正負(fù)交替處產(chǎn)生長時間零信號。專用支架4下面放置的磁鐵吸附墊5由橡膠和鐵板粘合而成，其作用是使圓柱形永久磁鐵1實(shí)現(xiàn)“軟著陸”。
圖2是本發(fā)明電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置專用支架的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所使用的專用支架4是中空結(jié)構(gòu)，可以保證圓柱形永久磁鐵1穿過基座12下落至地面?；?2采用銅質(zhì)或鋁質(zhì)材料澆注而成，套管7采用和基座12一樣的材料，便于焊接。套管7的內(nèi)徑略大于導(dǎo)管3的外徑，以便于更換導(dǎo)管3。三個地腳螺絲9用于調(diào)節(jié)導(dǎo)管3的垂直。在套管7上預(yù)先加工兩個孔，其直徑大于緊固圈8的螺絲孔，兩部件套裝后使兩孔同心，采用焊接方法組合。緊固圈8上面設(shè)有緊固螺絲10和圓柱形橡膠墊11，以免緊固壓力過大而損壞插入的導(dǎo)管3。
圖3是本發(fā)明電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置多抽頭感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所使用的多抽頭感應(yīng)線圈2采用了單根漆包線13在骨架16的線槽20內(nèi)纏繞并在相等匝數(shù)處抽頭的繞制方法，實(shí)驗(yàn)證明每隔10匝抽頭效果較好，既可以在數(shù)字存儲示波器6上獲得理想波形，又不會使總匝數(shù)過多。線槽20越窄，漆包線13越細(xì)，測量結(jié)果越精確，但是對工藝要求也越高，所以線槽20的寬度在1-2毫米之間，漆包線13的直徑在0.1-0.2毫米之間，可以保證每10匝剛好布滿一層，便于在邊緣處抽頭。各抽頭通過骨架16上的穿線槽21繞到接線盤15的下面焊接在探針14上，此方法可以保護(hù)極細(xì)的漆包線13不易在頻繁的使用中被拉斷。接線盤15與骨架16采用熱熔膠17膠合或螺絲固定的方法合為一體，骨架16預(yù)留了膠合槽22，熱熔膠17灌入膠合槽22和穿線槽21后，可以保證接線盤15不松動。為了可以上下移動多抽頭感應(yīng)線圈2，骨架16還開有三個螺絲孔，可根據(jù)摩擦力的需求配備圓柱形橡膠墊19和摩擦力調(diào)節(jié)螺絲18。本發(fā)明為了清楚地說明該裝置的使用方法，采用了兩個多抽頭感應(yīng)線圈2，對于采用單個或多個多抽頭感應(yīng)線圈2的裝置均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
圖4是圖3所示多抽頭感應(yīng)線圈骨架示意圖。骨架16可以采用有機(jī)玻璃或塑料經(jīng)車床加工而成，骨架16內(nèi)徑略大于導(dǎo)管3的外徑。骨架16上的穿線槽21可以采用刀口寬度為2毫米的平口或半圓口鑿子加工。
圖5是圖3所示多抽頭感應(yīng)線圈接線盤示意圖。該接線盤15由覆銅板制成且為圓環(huán)形狀，其下表面八個面積較大的獨(dú)立導(dǎo)電區(qū)域(見(a)圖)，分別連接多抽頭感應(yīng)線圈2的各個抽頭，同時起著固定探針14的作用。接線盤15的上表面噴涂或印制線圈符號和數(shù)字(見(b)圖)。數(shù)字存儲示波器6信號線末端鱷魚夾夾在探針14上，所以探針14要有一定的硬度和直徑，可采用成品接插件內(nèi)的插針替代。
掌握使用方法，可以更好地理解本發(fā)明的構(gòu)思并對其加以實(shí)施。以下介紹幾種使用方法1.驗(yàn)證法拉第電磁感應(yīng)定律。此時采用玻璃管，把下面多抽頭感應(yīng)線圈拉到最下端，只使用上面單個多抽頭感應(yīng)線圈，把數(shù)字存儲示波器與下面多抽頭感應(yīng)線圈相連的通道禁用。把數(shù)字存儲示波器的工作狀態(tài)設(shè)為“單次獲取”狀態(tài)。每次圓柱形永久磁鐵下落后改變一次匝數(shù)，即可得到圖6所示曲線；每次圓柱形永久磁鐵下落后等距離下降多抽頭感應(yīng)線圈，圓柱形永久磁鐵通過多抽頭感應(yīng)線圈的速度也變快，即可得到圖7所示曲線。驗(yàn)證了感應(yīng)電動勢與匝數(shù)和磁通量變化率的關(guān)系。
2.把圓柱形永久磁鐵N極、S極分別朝下降落，即可得到圖8所示曲線。驗(yàn)證了楞次關(guān)于閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化這一結(jié)論。
3.保持上面多抽頭感應(yīng)線圈不動，下面多抽頭感應(yīng)線圈移動兩次，用數(shù)字存儲示波器分別測出圓柱形永久磁鐵經(jīng)過多抽頭感應(yīng)線圈兩個不同間距所用的時間，同時量出對應(yīng)的間距，即可求出重力加速度。
4.把玻璃管換成銅管或鋁管，當(dāng)圓柱形永久磁鐵穿過銅管或鋁管自由下落時，銅管或鋁管產(chǎn)生的電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，也就是會產(chǎn)生一個向上的反作用力阻止圓柱形永久磁鐵下落，直至圓柱形永久磁鐵達(dá)到勻速下降狀態(tài)，使用兩個多抽頭感應(yīng)線圈測出此速度，就可以推知感應(yīng)電流和反作用力的大小。
還可以進(jìn)行多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，不再一一列出。
權(quán)利要求
1.一種電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，它包括磁鐵和線圈，其特征在于所述磁鐵是圓柱形永久磁鐵(1)，而所述線圈是多抽頭感應(yīng)線圈(2)；圓柱形永久磁鐵(1)在重力作用下穿過固定在專用支架(4)上且直立的導(dǎo)管(3)自由下落至磁鐵吸附墊(5)；設(shè)置在導(dǎo)管外且可以上下移動的兩個多抽頭感應(yīng)線圈(2)把圓柱形永久磁鐵(1)經(jīng)過時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的全部變化過程傳給數(shù)字存儲示波器(6)的兩個通道供其顯示并儲存。
2.按照權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述專用支架(4)采用中空結(jié)構(gòu)，使圓柱形永久磁鐵(1)可以穿過基座(12)下落至地面；三個地腳螺絲(9)用于調(diào)節(jié)導(dǎo)管(3)的垂直；固定導(dǎo)管(3)的套管(7)外面加裝兩個緊固圈(8)，緊固圈(8)上面設(shè)有緊固螺絲(10)和圓柱形橡膠墊(11)。
3.按照權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述多抽頭感應(yīng)線圈(2)由骨架(16)、漆包線(13)、接線盤(15)、探針(14)、圓柱形橡膠墊(19)和摩擦力調(diào)節(jié)螺絲(18)組成。
4.按照權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述圓柱形永久磁鐵(1)的直徑為10毫米，長度為10-20毫米。
5.按照權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述導(dǎo)管(3)的外徑為15毫米，內(nèi)徑為12毫米，長度為1-1.5米。
6.按照權(quán)利要求1和3所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述多抽頭感應(yīng)線圈(2)使用的骨架(16)之線槽(20)的寬度在1-2毫米之間。
7.按照權(quán)利要求1和3所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述多抽頭感應(yīng)線圈(2)使用的漆包線(13)的直徑在0.1-0.2毫米之間。
8.按照權(quán)利要求1和3所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述多抽頭感應(yīng)線圈(2)使用的接線盤(15)是圓環(huán)形狀，上表面噴涂或印制線圈符號和數(shù)字。
9.一種制造權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置之多抽頭感應(yīng)線圈(2)的方法，其特征在于所述多抽頭感應(yīng)線圈(2)是按照下列工藝步驟制得的，骨架(16)采用有機(jī)玻璃或塑料經(jīng)車床加工而成，除了加工線槽(20)外，還要預(yù)留膠合槽(22)；穿線槽(21)采用刀口寬度為2毫米的平口或半圓口鑿子加工，每隔10匝抽取的線頭通過骨架(16)上的穿線槽(21)繞到接線盤(15)的下面焊接在探針(14)上，接線盤(15)與骨架(16)采用熱熔膠(17)膠合，熱熔膠(17)灌入膠合槽(22)和穿線槽(21)后，可以保證接線盤(15)不松動。
10.一種制造權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置之專用支架(4)的方法，其特征在于所述專用支架(4)的是按照下列工藝步驟制得的，在專用支架(4)的套管(7)上預(yù)先加工兩個孔，其直徑大于緊固圈(8)的螺絲孔，兩部件套裝后使兩孔同心，采用焊接方法組合，套管(7)和基座(12)也采用焊接方法組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可以獲得并記錄電磁感應(yīng)過程的全部信息供人們分析研究的電磁感應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置使用的圓柱形永久磁鐵(1)在重力作用下穿過固定在專用支架(4)上且直立的導(dǎo)管(3)自由下落至磁鐵吸附墊(5)；設(shè)置在導(dǎo)管外且可以上下移動的兩個多抽頭感應(yīng)線圈(2)把圓柱形永久磁鐵(1)經(jīng)過時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的全部變化過程傳給數(shù)字存儲示波器(6)的兩個通道供其顯示并儲存。本發(fā)明同時公開了專用支架和多抽頭感應(yīng)線圈的制造方法。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在量化研究法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律的同時，實(shí)現(xiàn)了對重力、磁力等物理量的測量。
文檔編號G09B23/00GK101055676SQ200610169170
公開日2007年10月17日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者張愛軍 申請人:中國海洋大學(xué)