一种法拉第电磁感应定律的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种法拉第电磁感应定律的实验装置，包括教学用变频电源、教学用振动台、强磁铁、方形线圈、教学用示波器；教学用变频电源选择适当的交流电压和频率为教学用振动台提供电源，教学用振动台轴上固定的强磁铁就会发生上下振动，方形线圈中的磁通量Ф就会发生周期性变化，ΔФ的大小由强磁铁的振幅决定，而Δt是由强磁铁的振动频率（f=1/T）决定，随着振幅或频率的变化，感应电动势E=nΔФ/Δt也发生变化，通过观察示波器中心亮点上下震动的幅度，判断感应电动势的大小和方向，这样通过改变振幅和频率进行定量分析。本实用新型专利技术解决了物理教学中关于法拉第电磁感应定律的难点和疑点，充分提高了物理教学效果。

An experimental device for Faraday law of electromagnetic induction

【技术实现步骤摘要】
一种法拉第电磁感应定律的实验装置
本技术涉及一种物理教学实验装置，具体涉及一种法拉第电磁感应定律的实验装置。
技术介绍
中学物理《人民教育出版社》选修教材中，第四章的电磁感应中第3节《法拉第电磁感应定律》，描述了穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电流产生。既然闭合电路中有感应电流，电路中就有一定有电动势。这种在电磁感应现象中产生的电动势就叫做感应电动势。它的大小又是如何定义的呢：在法拉第，韦伯等科学家的共同努力下，人们总结出了：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这就是我们现在学习的著名的《法拉第电磁感应定律》。这个定律它是这样定义的：如果时刻t1穿过闭合电路的磁通量是Ф1，时刻t2穿过闭合电路的磁通量Ф2，则在时间Δt=t2-t1内，磁通量的变化量为ΔФ=Ф2-Ф1，磁通量的变化率就是ΔФ/Δt.用E表示闭合电路中的感应电动势，那么电磁感应定律就可以表示为E=ΔФ/Δt，闭合电路常常是一个匝数为n的线圈串联，因此整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍，即E=nΔФ/Δt。自从这个定律诞生，在教科书里就没有直接用实验来证明这个看似简单而抽象的定律，学生很难理解，现有技术中也没有相关仪器设备来展现法拉第电磁感应定律，只能用实验间接说明，更不能进行定量分析。因此，需要研发一种结构简单、操作便捷的法拉第电磁感应定律的实验装置，能够直观、清楚的解释闭合电路中感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比。
技术实现思路
本技术的目的是有效提高教师教学科研水平，填补法拉第电磁感应定律实验装置的空白，提高物理教学质量，培养更多更好的创新型人才。本技术针对现有技术中存在的缺陷，提出了一种结构简单、操作便捷的法拉第电磁感应定律的实验装置，能够直观、清楚的解释闭合电路中感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比。本技术提出如下技术方案：一种法拉第电磁感应定律的实验装置，包括包括教学用变频电源、教学用振动台、强磁铁、方形线圈、教学用示波器；所述教学用变频电源为所述教学用振动台提供电源，所述教学用振动台上设置有振动轴，强磁铁固定在所述振动轴上端；所述强磁铁外部套设有方形线圈，所述教学用振动台为强磁铁提供震动源，所述教学用示波器检测所述方形线圈中产生感应电动势。本技术一个较佳实施方案中，教学用变频电源包括电源控制电路模块、可改变频率的多种信号发生电路模块、信号放大电路模块、直流电压连续可调电路模块；所述电源控制电路模块控制整个变频电源的开关以及过载保护；所述可改变频率的多种信号发生电路模块与所述信号放大电路模块连接；能够提供频率1Hz-10KHz、电压0-25V连续可调的交流变频电压。所述直流电压连续可调电路模块提供连续可调直流电压1.25-30V输出，最大电流2A。教学用变频电源为教学用振动台提供电源。本技术一个较佳实施方案中，所述教学用振动台是一个振动源，所述教学用振动台内设电流过载保护装置，所述教学用振动台外设有防止内部核心结构损坏的机械保护装置，所述机械保护装置包括设置在所述振动轴左右两侧的直角钢，以及穿设在直角钢和振动轴上的插销。具体的，所述机械保护装置有效防止拆卸装置时用力不当损坏教学用振动台内部核心结构，使用时将插销拔出，教学用振动台振动的频率和振幅由教学用变频电源提供电源的频率和电压所决定的，在此为强磁铁提供振动源之用。能有效的控制强磁铁插入方形线圈的深度和速度，可获得相对稳定的ΔФ和Δt，用常规方法无法达到此目标，这是一种创新。本技术一个较佳实施方案中，强磁铁为钕铁硼永磁体，形状为中心带孔的圆柱体；在此为方形线圈提供强磁场。具体的，强磁铁安装固定在教学用振动台的振动轴上。本技术一个较佳实施方案中，方形线圈为可拆变压器的线圈；在此为产生感应电动势之用。具体的，方形线圈套在强磁铁外，匝数的多少直接影响产生感应电动势的大小。本技术一个较佳实施方案中，教学用示波器为模拟示波器；在此为检测方形线圈中产生感应电动势的大小和方向。具体的，使用时将教学示波器调整为中心小圆亮点，用教学示波器测量感应电动势的大小和方向也是一种创新，其它方法无法取代之。本技术一个较佳实施方案中，法拉第电磁感应定律的实验装置的实验方法：当变频电源为教学用振动台提供电源时，选择适当的电压和频率，固定在教学用振动台轴心上的强磁铁就会发生上下振动，振动频率与提供电源频率相同，此时方形线圈中的磁通量ΔФ就会发生周期性变化，这里我们研究的是一个振动周期T,假设前1/2周期(Δt=1/2f)强磁铁振动的方向向下，相当于强磁铁插入方形线圈中，磁通量增加，ΔФ为正数，E为正数时教学用示波器中心亮点向上偏移，后1/2周期(Δt=1/2f)强磁铁的振动方向向上，相当于强磁铁移出方形线圈，此时磁通量减少，ΔФ为负数，E为负数时教学用示波器中心亮点向下偏移，偏移的大小由强磁铁的振幅决定，振幅增大，ΔФ增大，感应电动势E=nΔФ/Δt增大；如果保持强磁铁的振幅不变即ΔФ的绝对值不变，当振动的频率（f=1/T）增加时,Δt=1/2f减小,同样感应电动势E=nΔФ/Δt也增大，通过观察教学用示波器中心亮点上下振动的幅度，判断感应电动势的大小和方向；这样通过改变振幅和频率可以进行定量分析，由此充分证明法拉第电磁感应定律，电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。本技术的一种新的法拉第电磁感应定律的实验装置的有益效果是：1、本技术提供了一种新的法拉第电磁感应定律的实验装置，本技术有效解决了物理教学中关于法拉第电磁感应定律的难点和疑点，而且可以让学生非常直观的看到感应电动势（E）的大小与磁通量的变化率(ΔФ/Δt)成正比，特别是解决了定量分析问题，充分提高了物理教学效果。2、本技术包括教学用变频电源、教学用振动台、强磁铁、方形线圈、教学用示波器。教学用变频电源采用专利号为ZL201420496643.5的变频电源,它能提供频率1HZ-10KHZ、电压0-25V连续可调的交流变频电压，在此为教学用振动台提供电源之用。3、教学用振动台是一个振动源，内设电流过载保护装置，外设机械保护装置，防止拆卸装置时用力不当损坏教学用振动台内部核心结构，教学用振动台振动的频率和振幅由提供电源的频率和电压所决定的，在此为强磁铁提供振动源之用。4、强磁铁为钕铁硼永磁体，形状为中心带孔的圆柱体，安装固定在教学用振动台轴心上，在此为方形线圈提供磁场。5、方形线圈为学生实验可拆变压器的线圈，将之套在强磁铁上，匝数的多少直接影响产生感应电动势的大小，在此为产生感应电动势之用。6、教学用示波器为教学用模拟示波器，在此为测量方形线圈中所产生感应电动势的大小和方向之用。使用时将教学用示波器调整为中心小圆亮点，Y轴输入和接地分别与方形线圈两端相接。附图说明图1是本技术法拉第电磁感应定律的实验装置优选实施例的结构示意图；图2是本技术优选实施例的振动轴与机械保护装置的结构示意图；图3是本技术优选实施例的强磁铁固定在教学用振动台的振动轴上的结构示意图；图4是本技术优选实施例的方形线圈套设在教学用振动台的机械保护装置外部的结构示意图；图5是本技术优选实施例的表一的实验数据图；图6是本技术优选实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种法拉第电磁感应定律的实验装置，其特征在于：包括教学用变频电源、教学用振动台、强磁铁、方形线圈、教学用示波器；所述教学用变频电源为所述教学用振动台提供电源，所述教学用振动台上设置有振动轴，强磁铁固定在所述振动轴上端；所述强磁铁外部套设有方形线圈，所述教学用振动台为强磁铁提供震动源，所述教学用示波器检测所述方形线圈中产生感应电动势。

【技术特征摘要】
1.一种法拉第电磁感应定律的实验装置，其特征在于：包括教学用变频电源、教学用振动台、强磁铁、方形线圈、教学用示波器；所述教学用变频电源为所述教学用振动台提供电源，所述教学用振动台上设置有振动轴，强磁铁固定在所述振动轴上端；所述强磁铁外部套设有方形线圈，所述教学用振动台为强磁铁提供震动源，所述教学用示波器检测所述方形线圈中产生感应电动势。2.根据权利要求1所述的法拉第电磁感应定律的实验装置，其特征在于：所述教学用变频电源包括电源控制电路模块、可改变频率的多种信号发生电路模块、信号放大电路模块、直流电压连续可调电路模块；所述电源控制电路模块控制整个变频电源的开关以及过载保护；所述可改变频率的多种信号发生电路模块与所述信号放大电路模块连接；能够提供频率1Hz-10KHz、电压0-25V连续可调的交流变频电压，所述直流电压连续可调电路模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承祖，房庆安，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32