一种用于电磁感应演示的物理教具及教学方法

摘要

本发明具体涉及一种用于电磁感应演示的物理教具及教学方法，基于电磁原理设计，采用U形磁铁提供磁场，通过旋转式变阻器控制通入电流，接头的设计方便改变铜棒电流方向，实现铜棒移动的多向性；采用蜗杆蜗轮的设计，进而带动U型磁铁进行转动，并利用蜗杆自锁，实现U型磁铁位置的定位，从而改变铜棒的位置，增加受力变化，便于教师讲解演示验证，提高教学效果；在U型磁铁内设置了限位架，保证铜棒始终处于垂直磁场作用下，保证显示效果；并增设了平抛组件，在进行电磁感应演示的同时，利用铜棒移动打开按压开关，实现电动推杆的启动并作为小球的推动力，进行平抛运动演示；同时也增加了铜棒的受力复杂度，进一步增强教学拓展性。

说明书

技术领域

本发明涉及物理教学教具技术领域，具体涉及一种用于电磁感应 演示的物理教具及教学方法。

背景技术

电磁学是中学物理课程中重要组成部分，其中的理论基础就是电 磁感应现象。

电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此 电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则 该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。然而现有的电磁演示教具 结构简单、功能单一，并不能适应物理知识交叉性教学，学生只能单 一理解，导致教学效果受到制约。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种用于电磁 感应演示的物理教具及教学方法，优化展示效果，并引导学生进行交 叉性教学。

(二)技术方案

一种用于电磁感应演示的物理教具，包括框架、转动组件及电磁 感应组件；

框架包括底座和弧形板，弧形板右端连接在底座上形成拱形，左 端竖直向下设置有拓展板；

转动组件包括蜗杆、蜗轮、连轴及支板，底座上设置有安装架， 蜗轮安装在安装架顶部，蜗杆竖直设置在蜗轮左侧并实现自锁，蜗杆 底端转动连接底座，蜗杆顶端设置有从动锥齿轮，从动锥齿轮左侧垂 直啮合有主动锥齿轮，主动锥齿轮连接有水平设置的连轴，连轴另一 端穿过固定连接在底座上的支板；

弧形板所在圆的圆心与蜗轮圆心重合；

电磁感应组件包括旋转式变阻器、充电式电源、U型磁铁限位架 及铜棒；蜗轮外圈连接有连杆，连杆外端连接U型磁铁；旋转式变阻 器和充电式电源固定在拓展板上；限位架为对应U型磁铁的弯折板结 构，外端设置有扣合U型磁铁两极的挂耳，内端伸入到U型磁铁之间； 铜棒滑动设置在限位架内，两端设置有导线接头；

优选的，连杆端部设置有夹头，卡住U型磁铁；连轴另一端设置 有手轮。

优选的，弧形板与底座连接端、弧形板与拓展板连接端均设置有 加强筋。

优选的，限位架内端为平面，铜棒切面为对应的矩形。

优选的，限位架伸入U型磁铁部分位于垂直磁场段。

优选的，还包括平抛演示组件，平抛演示组件包括横向板、电动 推杆及小球，横向板设置在弧形板上方，一端直接固定在弧形板顶面， 另一端向右延展并通过支杆连接弧形板，横向板上设置有滑道，电动 推杆设置在滑道左端，电动推杆的伸缩端向右伸出并连接有推板，小 球设置在滑道内，推板推动小球沿滑道做水平移动。

优选的，还包括罩体及收集筐，罩体设置在滑道右侧，罩体前侧 连通外界，罩体底部对应小球落下区域设置有收集筐。

优选的，弧形板内侧设置有按压开关，按压开关与电动推杆连接， 限位架外端与弧形板间距大于按压开关高度，铜棒顶部对应按压开关 设置有凸起。

优选的，按压开关设置在蜗轮正上方。

利用上述物理教具的教学方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1，通过导线将铜棒、旋转式变阻器和充电式电源串联成回路；

S2，转动连轴，通过锥齿轮传动带动蜗杆转动，进而带动蜗轮转 动，蜗轮通过连杆带动U型磁铁转动，将U型磁铁调整至水平方向， 调整旋转式变阻器，改变回路电流大小，使铜棒切割磁感线，产生移 动，进行电磁感应演示，并记录下此时对应的变阻器阻值R₁；

S3，同理将U型磁铁进行转动至倾斜方向，再调整旋转式变阻器， 改变回路电流大小，使铜棒切割磁感线，沿限位架方向移动，实现受 力与电磁感应的交叉演示，并记录下此时对应的变阻器阻值R₂，

S4，继续将U型磁铁调整至竖直方向，再调整旋转式变阻器改变 回路电流大小，使铜棒切割磁感线，克服重力竖直向上移动，实现受 力与电磁感应的交叉演示，并记录下此时对应的变阻器阻值R₃；

S5，继续旋转式变阻器，使铜棒的凸起抵住并打开按压开关，并 记录下此时对应的变阻器阻值R₄，电动推杆的伸缩端通过推板推动小>

S6，对比R₁、R₂、R₃、R₄大小，并以此引导学生进行原因受力分>

(三)有益效果

本发明提供了一种用于电磁感应演示的物理教具及教学方法，具 有以下的优点：

1，基于电磁原理设计，采用U形磁铁提供磁场，通过旋转式变阻 器控制通入电流，接头的设计方便改变铜棒电流方向，实现铜棒移动 的多向性；

2，采用蜗杆蜗轮的设计，进而带动U型磁铁进行转动，并利用蜗 杆自锁，实现U型磁铁位置的定位，从而改变铜棒的位置，增加受力 变化，便于教师讲解演示验证，提高教学效果；

3，在U型磁铁内设置了限位架，保证铜棒始终处于垂直磁场作用 下，保证显示效果；

4，并增设了平抛组件，在进行电磁感应演示的同时，利用铜棒移 动打开按压开关，实现电动推杆的启动并作为小球的推动力，进行平 抛运动演示；同时也增加了铜棒的受力复杂度，进一步增强教学拓展 性；

5，还设置了半开式罩体及收集筐，方便学生观察平抛运动路径， 也对小球进行阻挡及收集。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描 述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 仅仅是本发明的，保护一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例工位A时的结构图；

图2为本发明一个实施例工位B时的结构图；

图3为本发明中蜗轮和蜗杆的结构图；

图4为本发明另一个实施例工位C时的结构图；

图5为本发明另一个实施例工位D时的结构图；

图6为本发明另一个实施例工位E时的结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-底座，2-弧形板，3-拓展板，4-加强筋，5-旋转式变阻器，6-充 电式电源，7-蜗杆，701-从动锥齿轮，8-蜗轮，801-安装架，9-连轴， 901-主动锥齿轮，902-手轮，10-支板，11-连杆，12-U型磁铁，13-限 位架，14-铜棒，15-按压开关，16-横向板，17-滑道，18-支杆，19-电 动推杆，20-推板，21-小球，22-收集筐，23-罩体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例， 都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于电磁感应演示的物理教具，包括框架、转动组件及电磁 感应组件；

框架包括底座1和弧形板2，弧形板2右端连接在底座1上形成拱 形，左端竖直向下设置有拓展板3；

转动组件包括蜗杆7、蜗轮8、连轴9及支板10，底座1上设置有 安装架801，蜗轮8安装在安装架801顶部，蜗杆7竖直设置在蜗轮8 左侧并实现自锁，蜗杆7底端转动连接底座1，蜗杆7顶端设置有从动 锥齿轮701，从动锥齿轮701左侧垂直啮合有主动锥齿轮901，主动锥齿轮901连接有水平设置的连轴9，连轴9另一端穿过固定连接在底座 1上的支板10；

弧形板2所在圆的圆心与蜗轮8圆心重合；

电磁感应组件包括旋转式变阻器5、充电式电源6、U型磁铁12、 限位架13及铜棒14；蜗轮8外圈连接有连杆11，连杆11外端连接U 型磁铁12；旋转式变阻器5和充电式电源6固定在拓展板3上；限位 架13为对应U型磁铁12的弯折板结构，外端设置有扣合U型磁铁12两极的挂耳，内端伸入到U型磁铁12之间；铜棒14滑动设置在限位 架13内，两端设置有导线接头。

连杆11端部设置有夹头，卡住U型磁铁12；连轴9另一端设置 有手轮902。

限位架13伸入U型磁铁12部分位于垂直磁场段。

工作原理为：

通过导线将铜棒14、旋转式变阻器5和充电式电源6串联成回路； 转动连轴9，通过锥齿轮传动带动蜗杆7转动，进而带动蜗轮8转动， 蜗轮8通过连杆11带动U型磁铁12转动，将U型磁铁12调整至水 平方向，即工位A，调整旋转式变阻器5，改变回路电流大小，使铜棒14切割磁感线，产生移动，进行电磁感应演示，并记录下此时对应的 变阻器阻值R₁；将U型磁铁12调整至竖直方向，即工位B，再调整旋>2；对比R₁、R₂大小，并以此引导学生进行原因受力分析。

实施例2

与实施1不同之处在于，弧形板2与底座1连接端、弧形板2与 拓展板3连接端均设置有加强筋4，保证强度。

实施例3

与实施例2不同之处在于，限位架13内端为平面，铜棒14切面 为对应的矩形，避免圆柱棒自身发生滚动的问题。

实施例4

与实施例3不同之处在于，还包括平抛演示组件，平抛演示组件 包括横向板16、电动推杆19及小球21，横向板16设置在弧形板2上 方，一端直接固定在弧形板2顶面，另一端向右延展并通过支杆18连 接弧形板2，横向板16上设置有滑道17，电动推杆19设置在滑道17 左端，电动推杆19配有电源，电动推杆19的伸缩端向右伸出并连接 有推板20，小球21设置在滑道17内，推板20推动小球21沿滑道17 做水平移动，用于平抛运动演示。

实施例5

与实施例4不同之处在于，还包括罩体23及收集筐22，罩体23 设置在滑道17右侧，罩体23前侧连通外界，罩体23底部对应小球21 落下区域设置有收集筐22，对小球21进行阻挡及收集。

其中罩体23前侧连通外界，方便学生观察平抛运动路径。

实施例6

与实施例5不同之处在于，弧形板2内侧设置有按压开关15，按 压开关15与电动推杆19连接，限位架13外端与弧形板2间距大于按 压开关15高度，铜棒14顶部对应按压开关15设置有凸起，按压开关 15利用铜棒14的凸起作为开启动力，实现电动推杆19的启动并作为 小球21的推动力。

实施例7

与实施例6不同之处在于，按压开关15设置在蜗轮8正上方。

由于实施例7所实现的技术效果最多，以此实施例进行说明，即 使用本教具的教学方法：

S1，通过导线将铜棒14、旋转式变阻器5和充电式电源6串联成 回路；

S2，转动连轴9，通过锥齿轮传动带动蜗杆7转动，进而带动蜗轮 8转动，蜗轮8通过连杆11带动U型磁铁12转动，将U型磁铁12调 整至水平方向，即工位C，调整旋转式变阻器5，改变回路电流大小， 使铜棒14切割磁感线，产生移动，进行电磁感应演示，并记录下此时对应的变阻器阻值R₁；

S3，同理将U型磁铁12进行转动至倾斜方向，即工位D，再调整 旋转式变阻器5，改变回路电流大小，使铜棒14切割磁感线，沿限位 架方向移动，实现受力与电磁感应的交叉演示，并记录下此时对应的 变阻器阻值R₂，

S4，继续将U型磁铁12调整至竖直方向，即工位E，再调整旋转 式变阻器5，改变回路电流大小，使铜棒14切割磁感线，克服重力竖 直向上移动，实现受力与电磁感应的交叉演示，并记录下此时对应的 变阻器阻值R₃；

S5，继续旋转式变阻器5，使铜棒14的凸起抵住并打开按压开关 15，并记录下此时对应的变阻器阻值R₄，电动推杆19的伸缩端通过推>

S6，对比R₁、R₂、R₃、R₄大小，并以此引导学生进行原因受力分>

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示 例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过 着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对 上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描 述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例 或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实 施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方 式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书 选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际 应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本 发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。