本發(fā)明涉及一種用于半定量測(cè)定安培力影響因素的教學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
：高中教學(xué)研究勻強(qiáng)磁場(chǎng)中影響通電導(dǎo)線受力因素，現(xiàn)有兩個(gè)典型的研究思路：1、如圖10所示，人教版教材提供的方案：將通電導(dǎo)體棒懸掛，放入蹄形磁鐵所在的豎直勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，改變條件，觀察通電導(dǎo)體棒偏轉(zhuǎn)角度的變化，大致得出通電導(dǎo)體棒所受磁場(chǎng)作用力與影響因素之間的關(guān)系。這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案有著很大的缺點(diǎn)，那就是只能定性分析其中關(guān)系，而不能得出定量的關(guān)系。2、如圖11所示，教科版教材提供的方案：利用多匝線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力變化來(lái)研究。由于匝數(shù)很多，受力明顯，甚至可以無(wú)需力傳感器，而直接利用彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)。但是，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性很差，因?yàn)槎嘣丫€圈的磁場(chǎng)與強(qiáng)磁鐵的磁場(chǎng)會(huì)有明顯的相互作用，極易使線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述局限，解決現(xiàn)有弊端，從而提供一種設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，取材容易，便于制作，且造價(jià)低廉，原理清晰，易于操作，既便于學(xué)生探究式學(xué)習(xí)，又能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的用于半定量測(cè)定安培力影響因素的教學(xué)裝置。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種用于半定量測(cè)定安培力影響因素的教學(xué)裝置，包括底座，底座上設(shè)有立柱，立柱表面設(shè)有刻度線，立柱一側(cè)設(shè)有第一滑塊，第一滑塊設(shè)置在底座表面的縱向滑軌上，包括止位塊，止位塊位于第一滑塊與立柱之間的縱向滑軌上，第一滑塊下表面設(shè)有與縱向滑軌相配合的凸起，第一滑塊上設(shè)有凹槽，凹槽兩邊設(shè)有擋板，凹槽內(nèi)放有磁鐵塊，底座上設(shè)有電路系統(tǒng)，電路系統(tǒng)包括電源、電鍵、滑動(dòng)變阻器、安培表和金屬棒，電源、電鍵、滑動(dòng)變阻器、安培表和金屬棒通過(guò)導(dǎo)線串聯(lián)連接，金屬棒彎折后的兩端插入第一滑塊兩側(cè)面的圓孔內(nèi)，圓孔的大小與金屬棒的直徑相配合來(lái)保證金屬棒轉(zhuǎn)動(dòng)不打滑，立柱頂端設(shè)有收線器，收線器上卷繞復(fù)合線，復(fù)合線包括棉線和橡皮筋，橡皮筋一端連接在金屬棒中部、另一端與棉線連接，復(fù)合線上設(shè)有浮標(biāo)。優(yōu)選的是，立柱一側(cè)的底座上固定設(shè)有第二滑塊，第二滑塊上設(shè)有凹槽，凹槽兩邊設(shè)有擋板，凹槽內(nèi)放有磁鐵塊，第二滑塊與金屬棒的距離和第一滑塊與金屬棒的距離相等。優(yōu)選的是，第二滑塊兩側(cè)面底部設(shè)有固定座，固定座上設(shè)有螺栓孔與底座上的螺栓孔相對(duì)應(yīng)使第二滑塊與底座固定。優(yōu)選的是，第二滑塊的凹槽內(nèi)表面上設(shè)有螺栓孔且與立柱上的螺栓孔相對(duì)應(yīng)使第二滑塊與立柱固定。優(yōu)選的是，第二滑塊設(shè)置在底座表面的橫向滑軌上。優(yōu)選的是，縱向滑軌為燕尾槽導(dǎo)軌，第一滑塊下表面設(shè)有與燕尾槽導(dǎo)軌相配合的凸起。優(yōu)選的是，第一滑塊下表面設(shè)有與縱向滑軌相配合的滾輪。優(yōu)選的是，金屬棒為純銅棒或合金棒。優(yōu)選的是，收線器為旋鈕調(diào)速器。優(yōu)選的是，磁鐵塊放置在磁鐵盒中。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，取材容易，便于制作，且造價(jià)低廉，原理清晰，易于操作，既便于學(xué)生探究式學(xué)習(xí)，又能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；圖2-4是本發(fā)明另一組實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明磁鐵盒空置時(shí)的結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明磁鐵盒放滿磁鐵塊的結(jié)構(gòu)圖；圖7-9是本發(fā)明試驗(yàn)原理圖；圖10是現(xiàn)有高中教學(xué)人教版教材提供的方案；圖11是現(xiàn)有高中教學(xué)教科版教材提供的方案；圖中標(biāo)號(hào)：1-底座、2-立柱、3-第一滑塊、4-縱向滑軌、5-凹槽、6-擋板、7-磁鐵塊、8-電源、9-電鍵、10-滑動(dòng)變阻器、11-安培表、12-金屬棒、13-圓孔、14-收線器、15-第二滑塊、16-棉線、17-橡皮筋、18-浮標(biāo)、19-磁鐵盒、20-固定座、21-橫向滑軌。具體實(shí)施方式為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。實(shí)施例1：如圖1、5、6所示，本發(fā)明提供了一種用于半定量測(cè)定安培力影響因素的教學(xué)裝置，包括底座1，底座1上設(shè)有立柱2，立柱2表面設(shè)有刻度線，立柱2一側(cè)設(shè)有第一滑塊3，第一滑塊3設(shè)置在底座1表面的縱向滑軌4上，滑塊3下表面設(shè)有與縱向滑軌4相配合的凸起，包括止位塊，止位塊位于第一滑塊3與立柱2之間的縱向滑軌4上防止立柱2另一端設(shè)有第二滑塊15時(shí)相互吸引，第一滑塊3上設(shè)有凹槽5，凹槽5一側(cè)設(shè)有擋板6，凹槽5內(nèi)放有磁鐵塊7，磁鐵塊7尺寸為85×65×18mm，底座1上設(shè)有電路系統(tǒng)，電路系統(tǒng)包括電源8、電鍵9、滑動(dòng)變阻器10、安培表11和金屬棒12，電源8、電鍵9、滑動(dòng)變阻器10、安培表11和金屬棒12通過(guò)導(dǎo)線串聯(lián)連接，金屬棒12彎折后的兩端插入第一滑塊3兩側(cè)面的圓孔13內(nèi)，圓孔13的大小與金屬棒12的直徑相配合來(lái)保證金屬棒12轉(zhuǎn)動(dòng)不打滑，橫向部一端設(shè)有收線器14，收線器14上設(shè)有復(fù)合線，復(fù)合線包括棉線16和橡皮筋17，橡皮筋17一端系在金屬棒12中部、另一端與棉線16連接，復(fù)合線上設(shè)有浮標(biāo)18?？v向滑軌4為燕尾槽導(dǎo)軌，第一滑塊3下表面設(shè)有與燕尾槽導(dǎo)軌相配合的凸起以保正第一滑塊3可以順暢的在燕尾槽導(dǎo)軌內(nèi)滑動(dòng)?；蛘叩谝换瑝K3下表面設(shè)有與縱向滑軌4相配合的滾輪，以保正第一滑塊3可以順暢的在縱向滑軌4內(nèi)滑動(dòng)。金屬棒12為純銅棒或合金棒，尤其采用具有一定硬度的合金棒能夠進(jìn)一步減小第一滑塊3兩側(cè)面的圓孔13部分的阻力，目的是為了防止容易發(fā)生變形，可以反復(fù)使用，減小誤差。收線器14為旋鈕調(diào)速器，調(diào)節(jié)起來(lái)更加方便。磁鐵塊7放置在磁鐵盒19中，如果磁鐵塊7裸露放置，并排的兩個(gè)磁鐵塊7極容易吸到一起，而且由于引力較強(qiáng)，可能會(huì)對(duì)操作者造成傷害，同時(shí)還要注意，用不同組合磁鐵塊7做對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意磁鐵塊7彼此之間不能靠的太近。金屬棒12彎折后長(zhǎng)度方向比滑塊3長(zhǎng)1.5cm，寬度方向多出滑塊3邊緣不超過(guò)1cm，最好為0.5cm。底座1尺寸為30cm×25cm，立柱2高度為50cm，滑塊3尺寸為長(zhǎng)21cm、寬9cm、高8cm，凹槽5尺寸為長(zhǎng)18cm、寬4cm、高6cm。實(shí)施例2：如圖2-4，立柱2一側(cè)的底座1上固定設(shè)有第二滑塊15，第二滑塊15上設(shè)有凹槽5，凹槽5兩邊設(shè)有擋板6，凹槽5內(nèi)放有磁鐵塊7，第二滑塊15與金屬棒12的距離和第一滑塊3與金屬棒12的距離相等，d=0.5cm。為了防止第二滑塊15放入磁鐵塊7后與放入磁鐵塊7的第一滑塊3相互吸引，第二滑塊15兩側(cè)面底部設(shè)有固定座20，固定座20上設(shè)有螺栓孔與底座1上的螺栓孔相對(duì)應(yīng)使第二滑塊15與底座1固定；或者采用第二滑塊15的凹槽5內(nèi)表面上設(shè)有螺栓孔且與立柱2上的螺栓孔相對(duì)應(yīng)使第二滑塊15與立柱2固定；或者采用第二滑塊15設(shè)置在底座1表面的橫向滑軌21上，需要使用第二滑塊15時(shí)直接將其推入，橫向滑軌21也能起到固定第二滑塊15的作用。實(shí)驗(yàn)原理：圖7-9分別為橡皮筋處于松弛狀態(tài)；轉(zhuǎn)動(dòng)收線器14，并調(diào)節(jié)第一滑塊3，使復(fù)合線豎直，用橡皮筋17將銅線框拉至水平，記下此時(shí)浮標(biāo)18對(duì)應(yīng)的刻度數(shù)x0。在金屬棒12下掛一個(gè)重物時(shí)，金屬棒12會(huì)向下偏轉(zhuǎn)，這時(shí)復(fù)合線下端的橡皮筋17會(huì)被拉長(zhǎng)，上端的棉線16長(zhǎng)度幾乎不變。轉(zhuǎn)動(dòng)收線器14，將金屬棒12拉至水平，對(duì)應(yīng)的刻度為x1。對(duì)于橡皮筋17，在小范圍形變內(nèi)，認(rèn)為橡皮筋滿足：F＝kx，橡皮筋形變量增量為（x1-x0），對(duì)應(yīng)的彈力增量為k（x1-x0），有k（x1-x0）＝m1g。更換一個(gè)重物，拉金屬棒12至水平，對(duì)應(yīng)的刻度為x2，有k（x2-x0）＝m2g。如果不是掛的重物，而是磁場(chǎng)對(duì)電流有向下的作用力，則有：k（xi-x0）＝F磁。可見：這里的△x即（xi-x0）就反映了外加力，類似這種用“形變量的變化量表示力的增量”的物理思想會(huì)經(jīng)常遇到。當(dāng)?shù)谝换瑝K3內(nèi)只有一個(gè)磁鐵塊7時(shí)，在距離第一滑塊3內(nèi)磁鐵塊7表面為d處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，如果在第一滑塊3對(duì)稱的位置的第二滑塊15內(nèi)放一個(gè)同樣的磁鐵塊7，讓它們異名磁極相對(duì)，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2，理論上則有B2＝2B1。試驗(yàn)例1：在磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流強(qiáng)度（I＝2A）一定的條件下，探究磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力與放入磁場(chǎng)長(zhǎng)度之間關(guān)系。試驗(yàn)例2：在磁感應(yīng)強(qiáng)度和長(zhǎng)度（2L）一定的條件下，探究磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力與電流強(qiáng)度之間關(guān)系。試驗(yàn)例3：BB12B1B22B2△x（△F）7141531在電流強(qiáng)度（I＝2A）和長(zhǎng)度（2L）一定的條件下，探究磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力與磁感應(yīng)強(qiáng)度之間關(guān)系。提示：所有實(shí)驗(yàn)中，B1為立柱2一側(cè)僅設(shè)有第一滑塊3，且金屬棒12距離磁鐵塊7表面0.5cm處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，B2為立柱2一側(cè)設(shè)有第一滑塊3和第二滑塊15且金屬棒12距離第一滑塊3和第二滑塊15內(nèi)的磁鐵塊7表面0.5cm處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。顯然，在誤差允許的范圍內(nèi)，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以半定量地得出：F∝ILB。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3