专利名称：中学磁电演示技术更新设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及中学物理教学中有关磁电系列演示实验的 更新，特别是采用以平面磁块为核心而设计的 一 整套全新 探索磁电物理规律的演示实验。
技术背景几十年以来，中学物理教学中有关磁电系列演示实验都 采用条形磁铁和蹄型磁铁为核心部件来设计及演示，用以 讲解和演绎有关电磁学的物理知识。现简述如下1 ."安培力"_ 一即"通电导体在磁场中受力"之探索 实验。传统方法采用 一 块或两块蹄型磁铁平放，在蹄型磁 极间悬挂 一 截导线，在对导线通以较大电流的瞬间，能观 察到导线受磁场力而急速移动，此力可简称为"安培力"。这种方式虽然沿用了几十年，但缺点是明显的(1)磁 感强度B因磁铁外形固定了而难以随意改变；(2)导线在 磁场中的有效长度L不易单独调节；(3 )不利于用现代教 育技术手段即多媒体实物投影方式予以现场映播。2 ."感应电流"——即"闭合电路的 一 部分导体作切割磁感线运动时能产生感应电流"之探索实验。传统方法采 用一块或两块蹄型磁铁平放，并以多匝线圈捆扎起来模拟 单 一 导线，做切割蹄型磁极间的磁感线运动，再配上微电 流检流计以指针偏转来显示有无感应电流产生。这种方式虽然沿用了几十年，但缺点是明显的(1)磁 感强度B因磁铁外形固定而难以随意改变；(2)导线在磁 场中的有效长度L不易单独调节；(3 )感应电流大小受移 动速度的影响难以体现；(4 )不利于用现代教育技术手段 即多媒体实物投影方式予以现场映播。3.也有人采用全动画映播方式展现实验过程，但这种方 式绝非真正的实验教学，只配称为"荧屏演示的模拟式实
验"而已，实在不配称为探索性实验，亦非真实的科学实 践，充其量只能成为"对实验过程的形象描述"。 发明内容本发明的目的，正是为了克服上述传统实验手段存在的 缺点，设计出 一 整套全新、有效而且细致的技术方案，以 充分体现教学过程的探索性和科学性。本发明解决这 一 问题所采用的技术方案详述如下。L麥伴敛分1.1平面磁块实验模块。目前采用粉末冶金技术生产大 平面磁块已成易事，这是实现本发明得以普及的物质基础。 我们为实验用平面磁块特制 一 副带双槽口对的支架式外 框，可借助黏合剂固定于磁块两端，或用模具生产 一 次成 型的塑材成品。1.2专用导轨。选粗细均匀的铜质镀镍棒材或管材，按 粗细分为二组，每组二根，每根导轨端部制 一 个接线桩。1.3可移动导杆。为 一 截轻型铜质镀镍(或镀鉻，下同) 管材，长度比平面磁块宽度略长。1.4磁感线显示器。取与磁块表面略小的塑料薄片一 件，在其上打出几排小孔，透过小孔用细线拴住留有针孔 的小段平直细铁丝。1.5其它常规实验附件。如电池组、电键、导线、滑动 变阻器或电位器、微电流(高灵敏度)检流计等。2.1演示平面磁场的"磁感线"。将平面磁块实验模块 水平放置在投影仪映示板上，将磁感线显示器平放于其上， 则立即可见塑料板上拴住的细铁丝 一 根 一 根大致平行地竖 立起來，这组细铁丝的指向形象地代表了磁感线的示向。2.2演示"安培力"。将平面磁块实验模块水平放置在 投影仪映示板上，将 一 对粗导轨置于 一 对槽口中，导轨由 导线将所需附件连接成图4实验电路，放上导杆，演示"按 下电键的瞬间导杆迅速水平移动"过程，说明"通电导体
在磁场中受到磁场力F的作用"。其方向可依左手定则判 断。在这里，F大小与哪些因素有关呢？下面逐 一 探索之。2.2.1演示F与电流强度I的关系。当调整滑动变阻器 使I变大时，重复2 . 2实验过程，我们观察到导杆移动 速度会明显变大，说明F与I成正比。2 . 2 . 2演示F与导杆有效长度L的关系。改变导轨原先 所在槽口位置，即改变了导轨之间的间距，也就改变了导 杆在磁场中的有效长度L ，重复2 . 2实验过程，我们观察到 当L变大，导杆移动速度会变大，说明F与L成正比。2. 2. 3演示F与磁感强度B的关系。调整导轨直径，即 当调换为细 一 号的导轨时就增大了导杆所在空间的磁感强 度B,重复2. 2实验过程，我们观察到当B变大，导杆移 动速度会变大，说明F与B成正比。综合2.2.1， 2.2.2， 2.2.3可获结论- F正比于B\IU。 并且实验过程皆可在投影仪下清晰有序的——展现，极好 地展现了实验教学中探索和研究的过程。若想引入"左手 定则"只需加入 一 个纸制箭头符号即可实现。2.3 演示"感应电流"。将平面磁块实验模块水平放置 在投影仪映示板上，将 一 对粗导轨置于 一 对槽口中，导轨 由导线将所需附件连接成图5实验电路，放上导杆，注视 微电流检流计指针，当导杆沿导轨迅速平移时检流计指针 会发生偏转。2.3.1演示感应电流i与导杆移动速度v的关系。改变 2. 3实验中导杆移动速度，我们可观察到移动速度越快则 偏转角度越大，说明i与v成正比。2. 3. 2演示感应电流i与导杆有效长度1的关系。改变 2. 3实验中导轨原先所在槽口位置，即改变了导轨之间的间 距，也就改变了导杆在磁场中的有效长度1 ，我们可观察到 当1变大则偏转角度越大，说明i与1成正比。2. 3. 3演示感应电流i与磁感强度b的关系。改变2.3 实验中导轨直径，即当调换为细些的导轨时就增大了导杆
所在空间的磁感强度b ，我们观察到当b变大则偏转角度
越大，说明i与b成正比。
综合2.3.1， 2.3.2， 2. 3. 3可获结论i正比于b\l\v。
并且实验过程皆可在投影仪下清晰有序的——展现，极好
地展现了实验教学中探索和研究的过程。若想引入"右手
定则，'日需加入 一 个纸制箭头符号即可实现。
本发明的有益效果是使原来传统方式在蹄型磁铁狭小
磁极间的磁场变为可视面大、水平展示良好的平面磁场，
使欲探索研究的各物理量变化成为看得清楚、容易比较的
过程，还使多媒体实物投影的优点得以最佳发挥。
可见，本发明较传统演示实验在技术手段上实现了 一大
飞跃，值得应用和推广。
下面结合实施例和附图对本发明做进 一 步说明。
图1是平面磁块实验模块和附件部分。其中，1 一带槽
口对的支架式外框； 2—槽口； 3—导轨； 4一导杆；
5 —平面磁块。
图2是磁感线显示器。其中，6—塑料薄板；7—穿细 线的小孔；8 —小段带针孔的细铁丝。
图3是将磁感线显示器放在平面磁块表面时细铁丝平行 竖立起来的状态。
图4是"通电导体在磁场中受力研究"探索实验连线示
意图。其中， 9一演示用电流表；10 —滑动变阻器； 11
一电池组；12—电键(常开式按钮开关)。
图5是"闭合电路的一部分导体作切割磁感线运动时能
产生感应电流"探索性实验示意图。其中1 3-微电流检流计。
具体实施例方式
按图1所示，制出平面磁块实验主体部分。
按图2所示，制.出磁感线显示器。
按图3所示，利用磁感线显示器演示平面磁场的磁感线。 并且实验过程可在投影仪下清晰展现出来。
按图4所示，进行"通电导体在磁场中受力探索"实验。 分别改变导轨之粗细、改变两根导轨之间距、改变滑动变 阻器阻值，皆能影响导杆所受磁场力进而影响导杆平移的 速度，遂可获得"安培力F与磁感强度B 、电流强度I 、导 杆落在磁场中有效长度L成正比"的结论。若改变磁极方 向(将磁块翻 一 个面)、或改变电流方向(+ 、-对调)均 能引起力F方向改变 一 一 映证"左手定则"。
按图5所示，可进行"闭合电路的 一 部分导体作切割磁 感线运动时能产生感应电流"的探索性实验。改变导杆平 移速度、改变导轨之粗细、改变两根导轨之间距，皆能影 响微电流检流计指针偏转角度，遂可获得"感应电流i与 磁感强度b、导杆移动速度v、导杆落在磁场中有效长l成 正比"的结论。若改变磁极方向(将磁块翻 一 个面)、或改 变电流方向(+ 、-对调)均能引起检流计指针反向偏转一 一 映证"右手定则"。
图4和图5的实验演示过程中平面磁块实验模块及主要 部分均可以在多媒体实物投影仪下清晰、有序的展现其变 化过程。
权利要求
1 一套采用以平面磁块为核心部件而做的中学磁电演 示技术更新设计，其特征是为平面磁块特制 一 副带有槽 口对的支架式外框，配以专用导轨、轻质导杆、磁感线显 示器、微电流检流计及其它常规附件。
全文摘要
本发明公开了一整套采用以平面磁块为核心部件而展现的中学物理教学中有关磁电系列演示实验的更新设计，主要部件有为平面磁块特制一副带有槽口对的支架式外框，配以专用导轨、轻质导杆、磁感线显示器、微电流检流计等，采用逐一改变单一参数方式来体现的磁电教学系列演示实验的探索性过程，特别是“通电导体在磁场中受力研究”实验和“闭合电路的一部分导体作切割磁感线运动时能产生感应电流”的实验。 不但可以使原先在蹄型磁铁难以看清的、有效部分狭小的磁极间磁场改变为可视面大、水平展示良好的平面磁场，让欲探索研究的各物理量变化成为看得清楚、容易比较的有序过程，还能让多媒体实物投影正好在最佳角度用上。本发明较传统演示实验技术在设备和手段上均实现了一大飞跃。
文档编号G09B23/00GK101145294SQ20071005044
公开日2008年3月19日 申请日期2007年11月8日 优先权日2007年11月8日
发明者沈昌生 申请人:沈昌生