本實(shí)用新型涉及一種電磁學(xué)教學(xué)演示裝置，尤其是一種壁掛式安培力演示裝置。

背景技術(shù)：

安培力和電動(dòng)機(jī)是大、中學(xué)物理以及日?？破盏幕局R(shí)點(diǎn)，學(xué)生只憑教師講解很難理解抽象的根據(jù)和規(guī)律，所以有必要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示以提高教學(xué)效果。目前專利技術(shù)和市場(chǎng)上的產(chǎn)品，都是臺(tái)式的，體積比較大，不便于攜帶，需要放在桌子上才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生多的時(shí)候后排的同學(xué)看不見。另外，一般都是演示導(dǎo)體受力后的一維單向運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)不能持續(xù)，距離短，效果不明顯；有用轉(zhuǎn)盤演示受力的產(chǎn)品(電動(dòng)機(jī)效應(yīng))，但這種產(chǎn)品電流方向不能改變，磁場(chǎng)方向不能改變，銅盤走動(dòng)較慢，轉(zhuǎn)速低，體積龐大，也不便于攜帶。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種壁掛式安培力演示裝置，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小，便于攜帶，分塊設(shè)計(jì)，可以隨意組合擺放，每個(gè)模塊都可以吸附在黑板上，供全班同學(xué)觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速快，實(shí)驗(yàn)效果好，適于推廣應(yīng)用。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種壁掛式安培力演示裝置，包括轉(zhuǎn)盤1、軸承2、軸承磁鐵 3、軸承引線夾頭4、磁鐵支架5、主磁鐵6、電源7、開關(guān)8、正極碳刷9、負(fù)極碳刷10、交流電源線11、電源磁鐵12，所述轉(zhuǎn)盤1為單面鍍銅電路板，其表面有銅層13，所述軸承2 是導(dǎo)電體，安裝在轉(zhuǎn)盤1的圓心位置，所述軸承磁鐵3中間有圓孔通過配套螺絲安裝在軸承 2的后端，由軸承2引出的軸承引線夾頭4與軸承2和轉(zhuǎn)盤1上的銅層13連接構(gòu)成良好的導(dǎo)電體，所述磁鐵支架5為U型，開口處裝有一對(duì)主磁鐵6，與主磁鐵6磁場(chǎng)方向同向放置，所述主磁鐵6中間有圓孔通過配套螺絲安裝在磁鐵支架5上，所述軸承引線夾頭4為導(dǎo)電夾子，夾住正極碳刷9或負(fù)極碳刷10，所述交流電源線11與電源7連接，所述開關(guān)8安裝在電源7上，所述電源磁鐵12通過配套螺絲安裝在電源7后部四個(gè)角上。

進(jìn)一步的，所述銅層13上開有輻射狀絕緣條15，在絕緣基板14上形成中心向邊緣的輻射狀導(dǎo)電帶16。

進(jìn)一步的，所述電源7為交流轉(zhuǎn)直流電源，輸出功率不低于3V/3A，輸出正、負(fù)兩極，兩極末端分別接有正極碳刷9和負(fù)極碳刷10，且兩極導(dǎo)線長(zhǎng)短不等，避免短路；電源7吸附在黑板上時(shí)，任意一邊與轉(zhuǎn)盤1的距離要大于10cm。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)盤1上可以張貼不同的圖案，當(dāng)轉(zhuǎn)盤1轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)可以顯示不同的效果。

進(jìn)一步的，所述主磁鐵6、軸承磁鐵3和電源磁鐵12都是釹鐵硼強(qiáng)力磁鐵，形狀為方形或圓形。

進(jìn)一步的，所述主磁鐵6任意一邊邊長(zhǎng)或直徑D≥30mm，厚度H≥5mm。

進(jìn)一步的，所述軸承磁鐵3任意一邊邊長(zhǎng)或直徑15mm≤D≤25mm，厚度2mm≤H≤4mm。

進(jìn)一步的，所述電源磁鐵12任意一邊邊長(zhǎng)或直徑12mm≤D≤20mm，厚度2mm≤H≤4mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

(1)本實(shí)用新型能夠定性演示通電導(dǎo)線受安培力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

(2)本實(shí)用新型磁場(chǎng)方向、電流方向均可改變，相應(yīng)的受力方向也會(huì)隨之改變向。

(3)本實(shí)用新型能夠吸附在有鐵質(zhì)背板的黑板或任何鐵質(zhì)平面上，便于多人同時(shí)觀看。

(4)本實(shí)用新型體積小巧，重量輕，便于攜帶，老師可以將儀器帶到任何需要的教室講課，不受空間限制。

(5)本實(shí)用新型分模塊設(shè)計(jì)，可以根據(jù)需要在黑板上隨意布局。

(6)本實(shí)用新型轉(zhuǎn)盤質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，受力加速快，實(shí)驗(yàn)效果明顯。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型演示裝置的整體的正視圖。

圖2是本實(shí)用新型演示裝置的銅盤及軸承結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖3是本實(shí)用新型演示裝置磁鐵支架及磁鐵結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖4是本實(shí)用新型演示裝置電源及導(dǎo)線部分的側(cè)視圖。

圖中：1-轉(zhuǎn)盤，2-軸承，3-軸承磁鐵，4-軸承引線夾頭，5-磁鐵支架，6-主磁鐵，7-電源，8-開關(guān)，9-正極碳刷，10-負(fù)極碳刷，11-交流電源線，12-電源磁鐵，13-銅層，14-絕緣基板，15-絕緣條，16-導(dǎo)電帶。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

如圖所示，一種壁掛式安培力演示裝置，包括轉(zhuǎn)盤1、軸承2、軸承磁鐵3、軸承引線夾頭4、磁鐵支架5、主磁鐵6、電源7、開關(guān)8、正極碳刷9、負(fù)極碳刷10、交流電源線11、電源磁鐵12，所述轉(zhuǎn)盤1為單面鍍銅電路板，保證質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，受很小的力就能轉(zhuǎn)動(dòng)加速快。其表面有銅層13，所述軸承2是導(dǎo)電體，安裝在轉(zhuǎn)盤1的圓心位置，所述軸承磁鐵3中間有圓孔通過配套螺絲安裝在軸承2的后端，由軸承2引出的軸承引線夾頭4與軸承 2和轉(zhuǎn)盤1上的銅層13連接構(gòu)成良好的導(dǎo)電體，所述磁鐵支架5為U型，開口處裝有一對(duì)主磁鐵6，與主磁鐵6磁場(chǎng)方向同向放置，所述主磁鐵6中間有圓孔通過配套螺絲安裝在磁鐵支架5上，所述軸承引線夾頭4為導(dǎo)電夾子，夾住正極碳刷9或負(fù)極碳刷10，所述交流電源線11與電源7連接，所述開關(guān)8安裝在電源7上，所述電源磁鐵12通過配套螺絲安裝在電源7后部四個(gè)角上。

所述銅層13上開有輻射狀絕緣條15，在絕緣基板14上形成中心向邊緣的輻射狀導(dǎo)電帶 16。

所述電源7為交流轉(zhuǎn)直流電源，輸出功率不低于3V/3A，輸出正、負(fù)兩極，兩極末端分別接有正極碳刷9和負(fù)極碳刷10，碳刷的作用是保證電極與轉(zhuǎn)盤1邊緣潤(rùn)滑并且接觸良好，另一方面碳刷對(duì)轉(zhuǎn)盤1的導(dǎo)電銅層13磨損小，碳刷10用盡了可以很方便地更換，且兩極導(dǎo)線長(zhǎng)短不等，避免短路；電源7吸附在黑板上時(shí)，任意一邊與轉(zhuǎn)盤1的距離要大于10cm。

所述轉(zhuǎn)盤1上可以張貼不同的圖案，當(dāng)轉(zhuǎn)盤1轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)可以顯示不同的效果。

所述主磁鐵6、軸承磁鐵3和電源磁鐵12都是釹鐵硼強(qiáng)力磁鐵，形狀為方形或圓形。

所述主磁鐵6任意一邊邊長(zhǎng)或直徑D≥30mm，厚度H≥5mm。

所述主磁鐵6的體積明顯大于軸承磁鐵3和電源磁鐵12，保證了作用在轉(zhuǎn)盤1半徑上的磁場(chǎng)主要由主磁鐵6提供，使軸承磁鐵3和電源磁鐵12既可以把轉(zhuǎn)盤1和電源7吸附在黑板上，又保證軸承磁鐵3和電源磁鐵12對(duì)主磁鐵6的磁場(chǎng)干擾可以忽略；實(shí)際上作用在磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體只是主磁鐵6正對(duì)的輻射狀轉(zhuǎn)盤1的半徑，軸承磁鐵3在轉(zhuǎn)盤1的圓心上，磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)盤1的半徑作用微小；電源磁鐵12不會(huì)與轉(zhuǎn)盤1重疊，安裝時(shí)距離轉(zhuǎn)盤1的邊緣至少 10cm以上，對(duì)轉(zhuǎn)盤1半徑的作用也很微?。粚?duì)通電導(dǎo)體所受的磁場(chǎng)作用影響非常??；軸承磁鐵3和電源磁鐵12的磁力要確保能將轉(zhuǎn)盤1和電源7吸附在黑板上。

所述軸承磁鐵3任意一邊邊長(zhǎng)或直徑15mm≤D≤25mm，厚度2mm≤H≤4mm。

所述電源磁鐵12任意一邊邊長(zhǎng)或直徑12mm≤D≤20mm，厚度2mm≤H≤4mm。

本實(shí)用新型的壁掛式安培力演示裝置的功能是這樣實(shí)現(xiàn)的：

采用電路板的制作工藝，在一個(gè)圓形絕緣基板14上鍍一層銅形成銅層13，如圖2所示；在銅層13上由距中心不遠(yuǎn)處開始向邊緣，沿半徑方向，將銅層13腐蝕掉多條絕緣條15，將圓形銅層13分割成中心相連，但外部呈輻射狀沿半徑方向的導(dǎo)電帶16，如圖1所示，制成轉(zhuǎn)盤1；轉(zhuǎn)盤1中心安裝軸承2，軸承底座安裝軸承磁鐵3，如圖2所示，可以把整個(gè)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)吸附在黑板上；軸承2要導(dǎo)電良好，從軸承2引出軸承引線夾頭4，其末端為導(dǎo)電夾子，從軸承引線夾頭4依次到軸承2、銅層13中心、導(dǎo)電帶16外緣端銅層13構(gòu)成電的良導(dǎo)體，如圖2所示。在U型磁鐵支架5的開口處安裝一對(duì)主磁鐵6，主磁鐵6磁場(chǎng)方向要相同，如圖1、圖3所示，在主磁鐵6之間的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，U型磁鐵支架5也可以通過主磁鐵6吸附在黑板上。用通用的適當(dāng)規(guī)格的開關(guān)電源7，可以把220V的市電轉(zhuǎn)換成實(shí)驗(yàn)所需的直流電，通過正極碳刷9、負(fù)極碳刷10輸出，并由開關(guān)8控制；正極碳刷9和負(fù)極碳刷10是上電機(jī)常用的碳刷，與轉(zhuǎn)盤1的銅層13邊緣接觸時(shí)既可以增大接觸面積又減小了摩擦阻力，也易于消耗更換；電源7底部安裝電源磁鐵12，如圖4中所示，可以把電源吸附到黑板上，距離轉(zhuǎn)盤1不小于10cm。主磁鐵6的體積和磁場(chǎng)強(qiáng)度要明顯大于軸承磁鐵3和電源磁鐵12以減小軸承磁鐵3和電源磁鐵12對(duì)導(dǎo)體所受磁力的干擾，實(shí)際上作用在磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體只是主磁鐵6正對(duì)的輻射狀轉(zhuǎn)盤半徑，軸承磁鐵3和電源磁鐵12相對(duì)主磁鐵6來(lái)說離通電導(dǎo)體較遠(yuǎn)，對(duì)通電導(dǎo)體所受的磁場(chǎng)作用影響非常小。

當(dāng)用磁鐵支架5將主磁鐵6安裝在轉(zhuǎn)盤1的半徑處時(shí)，磁場(chǎng)就以垂直方向加到轉(zhuǎn)盤1的導(dǎo)電帶16上，銅層13外緣和軸承引線夾頭4分別接上電源的正極碳刷9和負(fù)極碳刷10并打開電源7的開關(guān)8，磁場(chǎng)中的每一條導(dǎo)電帶16都受到磁場(chǎng)的作用，轉(zhuǎn)盤1開始旋轉(zhuǎn)。根據(jù)安培力相關(guān)原理，通電導(dǎo)體在垂直磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，力的作用效果與電流、磁場(chǎng)的方向和大小有關(guān)。

本實(shí)用新型的壁掛式安培力演示裝置的基本操作步驟：

把轉(zhuǎn)盤1吸附在黑板上，把磁鐵支架5吸附在黑板上并調(diào)節(jié)其位置使主磁鐵6位于導(dǎo)電帶16上，外緣處要留出一部分銅層用作電極接觸。將電源7吸附在黑板上，將正極碳刷9接到軸承引線夾頭4上，將電源7的交流電源線11接入交流電，打開開關(guān)8，用另一個(gè)碳刷輕觸主磁鐵6附近銅層13的外緣，轉(zhuǎn)盤1開始旋轉(zhuǎn)，證明通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到了安培力的作用，根據(jù)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向，即磁場(chǎng)中導(dǎo)電帶的受力方向，可以判斷磁場(chǎng)的方向?？赡芡ㄟ^變換磁場(chǎng)方向，或改變電流極性的方式，定性研究安培力的受力方向：保持電極連接不變，斷電，取下磁鐵支架5，將磁場(chǎng)方向翻轉(zhuǎn)，再次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤1轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反；保持磁場(chǎng)方向不變，更換電極接法再次實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)盤方向再次相反。若轉(zhuǎn)盤1上貼有特定圖案，如螺旋線，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向不同時(shí)，可以看到不同的動(dòng)畫效果。

以上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí)用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。