專利名稱：電磁鐵演示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種能讓學(xué)生直接觀察出電磁鐵的磁性有無、磁性強(qiáng)弱以及磁極(N、S極)變化的供學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用的電磁鐵演示器。
目前，教學(xué)中使用的電磁鐵是由螺線管套在條形鐵芯上組成的條形電磁鐵，或由兩個(gè)螺線管套在蹄形鐵芯上組成的蹄形電磁鐵。這些電磁鐵雖能說明磁性的有無，但操作繁瑣，需要備一些輕質(zhì)的鐵釘來驗(yàn)證磁性的有無；磁性強(qiáng)弱的變化要靠吸引鐵釘?shù)亩喙褋砼袛啵僮鲿r(shí)很不方便；磁極(N、S極)的變化只能靠安培定則來從理論上判斷，不能在實(shí)踐中得到印證，更無法讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中直接看到磁極(N、S極)的變化，缺乏直觀性。
本實(shí)用新型的目的是提供一種這樣的電磁鐵演示器，它不需要準(zhǔn)備細(xì)小的鐵釘就能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中直接看出磁性的有無和磁性強(qiáng)弱的變化，并且能直接看出磁極(N、S極)的變化。操作簡單，直觀性強(qiáng)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的把原來的條形電磁鐵平均分成兩等份，串聯(lián)在一起。兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)引力錘和兩個(gè)引力標(biāo)尺，引力錘上帶有指針，標(biāo)尺上注有刻度。中間設(shè)置一個(gè)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的磁極參照物，此參照物由永磁體構(gòu)成，上面標(biāo)明N極和S極。通過引力錘指針的有無位移來觀察磁性的有無；通過指針在標(biāo)尺上指示的刻度大小來觀察磁性強(qiáng)弱的變化；通過改變電流方向時(shí)中間磁極參照物的轉(zhuǎn)動(dòng)來看到電磁鐵磁極(N、S極)的變化。且電磁鐵和電源設(shè)計(jì)成一體，電磁鐵的外接線聯(lián)接在電夾上，電源由四節(jié)電池串聯(lián)在一起，每節(jié)電池均有電極片突出于電池盒的上面，因而有四個(gè)電壓選擇，通過電夾和不同的電極片夾接來選擇不同的電壓，從而引起電磁鐵磁性強(qiáng)弱的變化。
由于采用了上述方案，該電磁鐵演示器能非常方便地顯示出電磁鐵磁性的有無及磁性強(qiáng)弱的變化，并能讓學(xué)生非常直觀地看出電流方向改變時(shí)電磁鐵磁極(N、S極)的變化，解決了原電磁鐵在實(shí)驗(yàn)中無法顯示磁極變化的問題，使理論判斷與實(shí)踐結(jié)果互為印證。同時(shí)，使用該電磁鐵演示器簡化了操作步驟，方便了教學(xué)，提高了效率，增強(qiáng)了直觀性、趣味性，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是電磁鐵演示器的整體結(jié)構(gòu)示意圖，同時(shí)也是左側(cè)電夾F左接正極、右側(cè)電夾F右接負(fù)極時(shí)的電磁鐵的磁極(N、S極)示意圖。
圖2是底座外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是∩形支架外形圖。
圖4是磁極參照物外形圖。
圖5是從左側(cè)觀察時(shí)電磁鐵的外形圖。
圖6是從右側(cè)觀察時(shí)電磁鐵的外形圖。
圖7是左、右兩側(cè)的標(biāo)尺示意圖。
圖8是左、右兩側(cè)的引力錘結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是右側(cè)電夾接正極、左側(cè)電夾接負(fù)極時(shí)電磁鐵的磁極(N、S極)示意圖，也是該演示器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是
圖1情況下的工作原理電路圖。
圖11是圖9情況下的工作原理電路圖。
圖12是本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明，說明文字中的數(shù)據(jù)所用單位均為毫米，附圖的比例均為80％。
電磁鐵演示器的結(jié)構(gòu)如
圖1所示，電磁鐵演示器的整體結(jié)構(gòu)包括下列一些部件。圖中的A左和A右是兩個(gè)完全相同的電磁鐵，橫行放置，上面的箭頭表示漆包線的環(huán)繞方向，A左的出線端與A右的入線端聯(lián)接在一起，把A左與A右串聯(lián)在一起，A左的入線端外接電夾F左，A右的出線端外接電夾F右。B是∩形支架，B1、B2是電磁鐵塹，B4、B5是∩形支架固定螺釘，其中B4在圖中被遮擋。C是磁極參照物，在∩形支架內(nèi)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，C1是轉(zhuǎn)軸，B3和B6是轉(zhuǎn)軸C1的位置孔。D左和D右是位于兩端后側(cè)的引力標(biāo)尺，下面的D1、D2是標(biāo)尺固定螺釘。E左、E右是彈性較好和簧片，上部粘接固定有鐵質(zhì)引力錘E3、E4，該引力錘位于電磁鐵的兩端，與鐵芯保持同一高度，簧片的頂端焊接有引力指針E1和E2，在不通電的情況下，指針尖端位于0刻度，表示電磁鐵無磁性，E5、E6是簧片固定螺釘。上述各部件的下面是底座，底座的外形結(jié)構(gòu)見圖2所示。
在圖2中，底座的大小為150×100×30，前端大小為150×70×30的部分是電池盒，分為四個(gè)相同的部分，即圖中G所示，電池盒上有標(biāo)號為0、1、2、3、4的電極片突出于電池盒上面，其中0為公共正極電極片，1、2、3、4分別為1.5V、3V、4.5V、6V時(shí)負(fù)極電極片。后部的B4、B5是∩形支架固定螺孔，B3是直徑為3的錐形圓孔，是磁極參照物C轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的位置孔。D1、D2是引力標(biāo)尺的固定螺孔，E5、E6是引力錘的固定螺孔。
圖3是∩形支架B的結(jié)構(gòu)示意圖，頂端的中央是直徑為3的圓孔B6，該孔是磁極參照物轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的位置孔，B1、B2是大小為30×30×10的電磁鐵塹，其作用是抬高電磁鐵的位置，使電磁鐵的鐵芯和磁極參照物C位于同一高度。B4(被遮擋)、B5是∩形支架固定螺孔。該∩形支架由鋁片彎制而成，兩側(cè)水平部分的大小為30×33，高度為50，頂部大小為40×30。
圖4是磁極參照物示意圖，圖中的C為永磁體，上面標(biāo)有N極和S極，大小為35×15，高度為20，兩端為圓弧形。中央的C1為直徑為2.5、高度為52的旋轉(zhuǎn)軸，該軸的下端為錐形，作用是減少旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力，使磁極參照物在∩形支架內(nèi)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖5是從左側(cè)觀察時(shí)電磁鐵A左的外形圖，圖6是從右側(cè)觀察時(shí)電磁鐵A右的外形圖，電磁鐵A左和A右的長度均為30，外徑為25，中央均有一個(gè)直徑為12、長度為30的圓柱形圓孔，圖中的A5和A6是穿插于該孔內(nèi)的直徑為12、長度為30的圓柱形鐵芯。A左與A右內(nèi)漆包線的環(huán)繞方向及匝數(shù)完全相同，A左的入線端為A1，出線端為A2，A右的入線端為A3，出線端為A4。A左的出線端A2與A右入線端A3聯(lián)接在一起，把A左與A右串聯(lián)在電路中。A左的入線端A1外接電夾F左，A右的出線端A4外接電夾F右。
圖7中的D左和D右分別是位于左右兩端后側(cè)的引力標(biāo)尺，分別標(biāo)有刻度0、1、2、3、4、5和5、4、3、2、1、0，此刻度是表示磁性強(qiáng)弱的。下端的D1、D2是標(biāo)尺固定螺孔，水平標(biāo)尺的大小為30×10，高度為50。
圖8中E左和E右是引力錘的支持簧片，彈性較好，E1、E2是焊接在簧片頂端彎制成90度的引力指針，E3、E4是大小為15×10×8的長方體鐵質(zhì)引力錘，該引力錘粘固定接在彈性簧片上，高度與鐵芯保持同一水平。
把上述各部分安裝在一起，就構(gòu)成了電磁鐵演示器的整體結(jié)構(gòu)
圖1和圖9。其工作原理見
圖1和圖9，電路圖見10和
圖11所示。
電磁鐵演示器的工作原理如
圖1所示，F(xiàn)左接正極，F(xiàn)右接負(fù)極，這時(shí)的電路圖見
圖10所示。由安培定則可知，電磁鐵A左和A右的左端均為N極，右端均為S極，根據(jù)同名磁極相排斥，異名磁極相吸引，此時(shí)磁極參照物停留在
圖1所示的位置，即永磁體的N極位于左側(cè)，S極位于右側(cè)。反過來，可根據(jù)永磁體的N、S極來判斷出這種情況下電磁鐵的左端均為N極，右端均為S極。如果改變電流方向，如圖9所示，把F右接正極，F(xiàn)左接負(fù)極，這時(shí)的電路圖見
圖11，由安培定則可知，電磁鐵A左和A右的左端均為S極，右端均為N極，根據(jù)同名磁極相排斥，異名磁極相吸引，磁極參照物立即旋轉(zhuǎn)180度，使永磁體的S極位于左側(cè)，N極位于右側(cè)。反過來，同樣可根據(jù)永磁體的N、S極來判斷出此種情況下電磁鐵的左端均為S極，右端均為N極。同時(shí)無論在上述哪種通電情況下，電磁鐵由于具有磁性，都會(huì)吸引左右兩側(cè)的鐵質(zhì)引力錘向中間偏移，指針也隨著向中間偏移，并且隨著電流強(qiáng)度的增大，指針的偏移距離也隨著增大，其增大幅度可從標(biāo)尺的刻度上直接看出。指針偏移的距離越大，說明引力錘受到的吸引力越大，電磁鐵的磁性也越強(qiáng)，因而能從指針的指示刻度大小直接看出電磁鐵磁性的強(qiáng)弱。電磁鐵的磁極(N、S極)也可以從永磁體上標(biāo)明的N、S極直接觀察出來。
電磁鐵演示器的功能由上所述可知，該電磁鐵演示器具有以下幾種功能
一、可從指針在標(biāo)尺上有無偏移直接看出電磁鐵磁性的有無。無電流時(shí)指針指向0刻度，有電流時(shí)兩端指針將向中間偏移。由于引力錘的彈性簧片彈性較好，即使電磁鐵的磁性極小，也能引起指針移動(dòng)。這種情況用原來的電磁鐵是無法實(shí)現(xiàn)的，原來的電磁鐵在電流極小時(shí)很難吸起鐵釘，必須在電流強(qiáng)度達(dá)到一定時(shí)才能吸引起鐵釘，使用該電磁鐵演示器就避免了這種缺陷，而且不再使用鐵釘來驗(yàn)證磁性，直接觀察指針有無位移就能判定電磁鐵有無磁性，引力錘替代了鐵釘，簡化了操作步驟。
二、可從指針在標(biāo)尺上偏移的刻度大小直接看出電磁鐵磁性的強(qiáng)弱。該演示器設(shè)置了四種電壓選擇，電極片0為公用的正極，選擇電極片1、2、3、4時(shí)，電壓分別為1.5V、3V、4.5V、6V。實(shí)驗(yàn)時(shí)可以自由選擇，隨著選擇電壓的增大，電磁鐵內(nèi)的電流強(qiáng)度也隨著增大，其磁性也隨著增強(qiáng)，對引力錘的吸引力也隨著增大，指針向中間偏移的距離也隨著增大，因而可從標(biāo)尺的刻度上直接觀察出隨著電流強(qiáng)弱的變化電磁鐵磁性的強(qiáng)弱所發(fā)生的變化。
三、可從磁極參照物上標(biāo)明N、S極的永磁體的旋轉(zhuǎn)情況直接看出電磁鐵的N、S極的變化。如
圖1所示，磁極參照物的N極位于左側(cè)，S極位于右側(cè)，根據(jù)同名磁極相排斥，異名磁極相吸引，可直觀地判斷出電磁鐵A左和A右的左端均為N極，右端均為S極。反之亦然，如圖9所示。再結(jié)合螺線管的環(huán)繞方向和電流方向，用安培定則來判斷一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)理論判斷和實(shí)踐判斷的結(jié)果是恰相吻合的，這一點(diǎn)用原來的電磁鐵是無法實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樵瓉淼碾姶盆F只能從理論上(即安培定則)來判斷磁極(N、S極)，不能在實(shí)踐中得到印證，該實(shí)用新型正好解決了這樣一個(gè)問題。這樣就讓學(xué)生有效地鞏固了所學(xué)的有關(guān)電磁鐵的性質(zhì)和作用，增加了趣味性和直觀性，提高了學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量。
四、使用該電磁鐵演示器可以簡化操作步驟，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和能動(dòng)性，培養(yǎng)其理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。如電池盒和電磁鐵設(shè)計(jì)成一體，電池的增減改為電夾對電極片不同夾接的選擇，避免了原來電池靠導(dǎo)線聯(lián)接的繁瑣與不便；采用引力錘及其指針、標(biāo)尺，就無需再準(zhǔn)備鐵釘；靠磁極參照物上標(biāo)明的N、S極來判斷電磁鐵的磁極(N、S極)，解決了原來的電磁鐵只能靠安培定則來判斷磁極的缺陷，這樣就促進(jìn)了直觀性教學(xué)，使實(shí)驗(yàn)效果更加顯著。
本實(shí)用新型還可以設(shè)計(jì)成如
圖12所示的外形結(jié)構(gòu)電磁鐵的鐵芯采用蹄形鐵芯，電磁鐵豎直放置，∩形支架改為Z形支架，磁極參照物保持不變。引力錘在電磁鐵鐵芯的下面，簧片采用一個(gè)螺釘固定在中間，其指針指向兩側(cè)，標(biāo)尺位于底座的兩側(cè)，豎直放置。標(biāo)有刻度的一面朝前，刻度從下向上均為0、1、2、3、4、5。其功能與原理與上述完全一致。
權(quán)利要求1.一種電磁鐵演示器，由螺線管套在鐵芯上組成，不與電源成一整體，其特征是兩等分的電磁鐵串聯(lián)并固定在支架上，外接線聯(lián)接在電夾上，支架中間豎立一個(gè)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的、由永磁體構(gòu)成且標(biāo)明N、S極的磁極參照物，兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)由帶有指針的彈性簧片支持的引力錘和注有刻度的引力標(biāo)尺；支架、引力錘和標(biāo)尺均由螺釘固定在底座后部，與底座前部的電源成一整體；電源即可容納四節(jié)電池串聯(lián)的電池盒，在電池聯(lián)接處有標(biāo)號不同的電極片突出于電池盒上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁鐵演示器，其特征是兩等分的電磁鐵橫行固定在∩形支架的電磁鐵塹上，磁極參照物豎立于∩形支架內(nèi)，左右引力錘豎立于電磁鐵的兩側(cè)，并與電磁鐵之間有一定的間隙，其指針指向后方；引力錘與電磁鐵的鐵芯、磁極參照物位于同一水平線上，左右引力標(biāo)尺豎立于電磁鐵兩側(cè)的后端，其帶有刻度的一面水平放置并朝前。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁鐵演示器，其特征是兩等分的螺線管套在蹄形鐵芯上組成蹄形電磁鐵并豎直固定在Z形支架的兩側(cè)，磁極參照物豎立于Z形支架內(nèi)，與電磁鐵的下部處于同一水平面上，左右引力錘位于電磁鐵的下方并與電磁鐵之間有一定的間隙，中間靠一個(gè)水平方置的彈性簧片銜接在一起，簧片的中點(diǎn)固定在底座上，指針指向兩側(cè)，左右引力標(biāo)尺豎立于電磁鐵的兩側(cè)，其帶有刻度的一面朝前。
專利摘要一種能直接看出其磁性有無、強(qiáng)弱及磁極變化的電磁鐵演示器，它是把已有的螺線管套在鐵芯上、和電源不成一體的電磁鐵分成兩等份并串聯(lián)于電路中，兩邊設(shè)置兩個(gè)帶指針的引力錘和注有刻度的標(biāo)尺，中間設(shè)置一個(gè)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的標(biāo)明N、S極的磁極參照物，電磁鐵和電源成一整體，電磁鐵外接電夾，電源有不同電極片突出于上面，通過引力錘指示的標(biāo)尺刻度直接看出電磁鐵磁性的有無及強(qiáng)弱，通過磁極參照物直接看出磁極變化，通過電夾夾接不同電極片選擇不同電壓的。
文檔編號G09B23/18GK2563666SQ02233840
公開日2003年7月30日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
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