專利名稱：中學磁電演示技術更新設計的制作方法
技術領域：
本發明涉及中學物理教學中有關磁電系列演示實驗的 更新，特別是采用以平面磁塊為核心而設計的 一 整套全新 探索磁電物理規律的演示實驗。
技術背景幾十年以來，中學物理教學中有關磁電系列演示實驗都 采用條形磁鐵和蹄型磁鐵為核心部件來設計及演示，用以 講解和演繹有關電磁學的物理知識。現簡述如下1 ."安培力"_ 一即"通電導體在磁場中受力"之探索 實驗。傳統方法采用 一 塊或兩塊蹄型磁鐵平放，在蹄型磁 極間懸掛 一 截導線，在對導線通以較大電流的瞬間，能觀 察到導線受磁場力而急速移動，此力可簡稱為"安培力"。這種方式雖然沿用了幾十年，但缺點是明顯的(1)磁 感強度B因磁鐵外形固定了而難以隨意改變；(2)導線在 磁場中的有效長度L不易單獨調節；(3 )不利于用現代教 育技術手段即多媒體實物投影方式予以現場映播。2 ."感應電流"——即"閉合電路的 一 部分導體作切割磁感線運動時能產生感應電流"之探索實驗。傳統方法采 用一塊或兩塊蹄型磁鐵平放，并以多匝線圈捆扎起來模擬 單 一 導線，做切割蹄型磁極間的磁感線運動，再配上微電 流檢流計以指針偏轉來顯示有無感應電流產生。這種方式雖然沿用了幾十年，但缺點是明顯的(1)磁 感強度B因磁鐵外形固定而難以隨意改變；(2)導線在磁 場中的有效長度L不易單獨調節；(3 )感應電流大小受移 動速度的影響難以體現；(4 )不利于用現代教育技術手段 即多媒體實物投影方式予以現場映播。3.也有人采用全動畫映播方式展現實驗過程，但這種方 式絕非真正的實驗教學，只配稱為"熒屏演示的模擬式實
驗"而已，實在不配稱為探索性實驗，亦非真實的科學實 踐，充其量只能成為"對實驗過程的形象描述"。 發明內容本發明的目的，正是為了克服上述傳統實驗手段存在的 缺點，設計出 一 整套全新、有效而且細致的技術方案，以 充分體現教學過程的探索性和科學性。本發明解決這 一 問題所采用的技術方案詳述如下。L麥伴斂分1.1平面磁塊實驗模塊。目前采用粉末冶金技術生產大 平面磁塊已成易事，這是實現本發明得以普及的物質基礎。 我們為實驗用平面磁塊特制 一 副帶雙槽口對的支架式外 框，可借助黏合劑固定于磁塊兩端，或用模具生產 一 次成 型的塑材成品。1.2專用導軌。選粗細均勻的銅質鍍鎳棒材或管材，按 粗細分為二組，每組二根，每根導軌端部制 一 個接線樁。1.3可移動導桿。為 一 截輕型銅質鍍鎳(或鍍鉻，下同) 管材，長度比平面磁塊寬度略長。1.4磁感線顯示器。取與磁塊表面略小的塑料薄片一 件，在其上打出幾排小孔，透過小孔用細線拴住留有針孔 的小段平直細鐵絲。1.5其它常規實驗附件。如電池組、電鍵、導線、滑動 變阻器或電位器、微電流(高靈敏度)檢流計等。2.1演示平面磁場的"磁感線"。將平面磁塊實驗模塊 水平放置在投影儀映示板上，將磁感線顯示器平放于其上， 則立即可見塑料板上拴住的細鐵絲 一 根 一 根大致平行地豎 立起來，這組細鐵絲的指向形象地代表了磁感線的示向。2.2演示"安培力"。將平面磁塊實驗模塊水平放置在 投影儀映示板上，將 一 對粗導軌置于 一 對槽口中，導軌由 導線將所需附件連接成圖4實驗電路，放上導桿，演示"按 下電鍵的瞬間導桿迅速水平移動"過程，說明"通電導體
在磁場中受到磁場力F的作用"。其方向可依左手定則判 斷。在這里，F大小與哪些因素有關呢？下面逐 一 探索之。2.2.1演示F與電流強度I的關系。當調整滑動變阻器 使I變大時，重復2 . 2實驗過程，我們觀察到導桿移動 速度會明顯變大，說明F與I成正比。2 . 2 . 2演示F與導桿有效長度L的關系。改變導軌原先 所在槽口位置，即改變了導軌之間的間距，也就改變了導 桿在磁場中的有效長度L ，重復2 . 2實驗過程，我們觀察到 當L變大，導桿移動速度會變大，說明F與L成正比。2. 2. 3演示F與磁感強度B的關系。調整導軌直徑，即 當調換為細 一 號的導軌時就增大了導桿所在空間的磁感強 度B,重復2. 2實驗過程，我們觀察到當B變大，導桿移 動速度會變大，說明F與B成正比。綜合2.2.1， 2.2.2， 2.2.3可獲結論- F正比于B\IU。 并且實驗過程皆可在投影儀下清晰有序的——展現，極好 地展現了實驗教學中探索和研究的過程。若想引入"左手 定則"只需加入 一 個紙制箭頭符號即可實現。2.3 演示"感應電流"。將平面磁塊實驗模塊水平放置 在投影儀映示板上，將 一 對粗導軌置于 一 對槽口中，導軌 由導線將所需附件連接成圖5實驗電路，放上導桿，注視 微電流檢流計指針，當導桿沿導軌迅速平移時檢流計指針 會發生偏轉。2.3.1演示感應電流i與導桿移動速度v的關系。改變 2. 3實驗中導桿移動速度，我們可觀察到移動速度越快則 偏轉角度越大，說明i與v成正比。2. 3. 2演示感應電流i與導桿有效長度1的關系。改變 2. 3實驗中導軌原先所在槽口位置，即改變了導軌之間的間 距，也就改變了導桿在磁場中的有效長度1 ，我們可觀察到 當1變大則偏轉角度越大，說明i與1成正比。2. 3. 3演示感應電流i與磁感強度b的關系。改變2.3 實驗中導軌直徑，即當調換為細些的導軌時就增大了導桿
所在空間的磁感強度b ，我們觀察到當b變大則偏轉角度
越大，說明i與b成正比。
綜合2.3.1， 2.3.2， 2. 3. 3可獲結論i正比于b\l\v。
并且實驗過程皆可在投影儀下清晰有序的——展現，極好
地展現了實驗教學中探索和研究的過程。若想引入"右手
定則，'日需加入 一 個紙制箭頭符號即可實現。
本發明的有益效果是使原來傳統方式在蹄型磁鐵狹小
磁極間的磁場變為可視面大、水平展示良好的平面磁場，
使欲探索研究的各物理量變化成為看得清楚、容易比較的
過程，還使多媒體實物投影的優點得以最佳發揮。
可見，本發明較傳統演示實驗在技術手段上實現了 一大
飛躍，值得應用和推廣。
下面結合實施例和附圖對本發明做進 一 步說明。
圖1是平面磁塊實驗模塊和附件部分。其中，1 一帶槽
口對的支架式外框； 2—槽口； 3—導軌； 4一導桿；
5 —平面磁塊。
圖2是磁感線顯示器。其中，6—塑料薄板；7—穿細 線的小孔；8 —小段帶針孔的細鐵絲。
圖3是將磁感線顯示器放在平面磁塊表面時細鐵絲平行 豎立起來的狀態。
圖4是"通電導體在磁場中受力研究"探索實驗連線示
意圖。其中， 9一演示用電流表；10 —滑動變阻器； 11
一電池組；12—電鍵(常開式按鈕開關)。
圖5是"閉合電路的一部分導體作切割磁感線運動時能
產生感應電流"探索性實驗示意圖。其中1 3-微電流檢流計。
具體實施例方式
按圖1所示，制出平面磁塊實驗主體部分。
按圖2所示，制.出磁感線顯示器。
按圖3所示，利用磁感線顯示器演示平面磁場的磁感線。 并且實驗過程可在投影儀下清晰展現出來。
按圖4所示，進行"通電導體在磁場中受力探索"實驗。 分別改變導軌之粗細、改變兩根導軌之間距、改變滑動變 阻器阻值，皆能影響導桿所受磁場力進而影響導桿平移的 速度，遂可獲得"安培力F與磁感強度B 、電流強度I 、導 桿落在磁場中有效長度L成正比"的結論。若改變磁極方 向(將磁塊翻 一 個面)、或改變電流方向(+ 、-對調)均 能引起力F方向改變 一 一 映證"左手定則"。
按圖5所示，可進行"閉合電路的 一 部分導體作切割磁 感線運動時能產生感應電流"的探索性實驗。改變導桿平 移速度、改變導軌之粗細、改變兩根導軌之間距，皆能影 響微電流檢流計指針偏轉角度，遂可獲得"感應電流i與 磁感強度b、導桿移動速度v、導桿落在磁場中有效長l成 正比"的結論。若改變磁極方向(將磁塊翻 一 個面)、或改 變電流方向(+ 、-對調)均能引起檢流計指針反向偏轉一 一 映證"右手定則"。
圖4和圖5的實驗演示過程中平面磁塊實驗模塊及主要 部分均可以在多媒體實物投影儀下清晰、有序的展現其變 化過程。
權利要求
1 一套采用以平面磁塊為核心部件而做的中學磁電演 示技術更新設計，其特征是為平面磁塊特制 一 副帶有槽 口對的支架式外框，配以專用導軌、輕質導桿、磁感線顯 示器、微電流檢流計及其它常規附件。
全文摘要
本發明公開了一整套采用以平面磁塊為核心部件而展現的中學物理教學中有關磁電系列演示實驗的更新設計，主要部件有為平面磁塊特制一副帶有槽口對的支架式外框，配以專用導軌、輕質導桿、磁感線顯示器、微電流檢流計等，采用逐一改變單一參數方式來體現的磁電教學系列演示實驗的探索性過程，特別是“通電導體在磁場中受力研究”實驗和“閉合電路的一部分導體作切割磁感線運動時能產生感應電流”的實驗。 不但可以使原先在蹄型磁鐵難以看清的、有效部分狹小的磁極間磁場改變為可視面大、水平展示良好的平面磁場，讓欲探索研究的各物理量變化成為看得清楚、容易比較的有序過程，還能讓多媒體實物投影正好在最佳角度用上。本發明較傳統演示實驗技術在設備和手段上均實現了一大飛躍。
文檔編號G09B23/00GK101145294SQ20071005044
公開日2008年3月19日 申請日期2007年11月8日 優先權日2007年11月8日
發明者沈昌生 申請人:沈昌生