[实用新型]法拉第电磁感应定律探究仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及教学用具领域，具体应用于辅助学习和认知法拉第电磁感应定律。

背景技术

法拉第电磁感应定律是高中物理的一个重要内容，同时也是一个教学难点，其内容是：感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比。这个定律不容易用实验室里配备的常规仪器做定量实验，主要的问题在于磁通量不好直接测量，而且要让磁通量均匀变化，并保持一段时间，这点很难做到，如果电流不是恒定电流，用电流表测量就不能准确读取读数。现在有的学校借助DIS传感器可以很好的完成这个定量实验。但由于DIS传感器大多价格昂贵，不是一般学校可以配备的，更不可能让学生做分组实验。

考虑到动圈麦克风利用的就是法拉第电磁感应原理，而所有电脑都配备的声卡就是一个很好的信号放大、处理器，如果能利用它来代替电流表，就可以方便地测量由小型磁体引起的微弱电流。

LabVIEW是由美国国家仪器公司（NI）推出的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发平台。LabVIEW程序称为虚拟仪器，简称为VI，LabVIEW所使用的G语言是最易于使用的图形化数据流式编程语言，特别适用于测试、测量、仪器控制、过程监控和工业自动化等方面的工程应用软件的开发。它简化了科学计算、进程监视和控制、测试和测量程序的开发，极大的缩短了开发周期。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种能够辅助认知法拉第电磁感应定律的法拉第电磁感应定律探究仪，该探究仪的实现成本较低。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：法拉第电磁感应定律探究仪，包含线圈、导轨、磁体，导轨固定安装在安装平台上，导轨处于竖直状态；导轨由透明塑料管或者玻璃管构成，线圈套在导轨的外面，能够固定在导轨上的不同位置；导轨上安装有条形磁铁，条形磁铁能顺利、完整的通过线圈；导轨上制作有刻度，方便测量条形磁铁到线圈的距离；导轨的下方设有海绵垫同时还设有开口，方便取出条形磁铁；海绵垫起缓冲作用。

进一步的，上述线圈产生的感应电流通过导线连接至声卡的MIC IN接口，利用声卡来读取信号。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型法拉第电磁感应定律探究仪，通过简单的结构实现了磁铁条完整的穿过线圈的测量结构，实践后证明该仪器具有价格低廉、操作简单可靠、读数精度较高等优点，对法拉第电磁感应定律的教学有一定的实用意义。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的系统控制方框图。

附图标记说明：

1-条形磁铁，2-导轨，3-线圈，4-海绵垫，5-安装平台。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

图1示出了本实用新型的一种具体结构，如图所示，我们研制的法拉第电磁感应定律探究仪，硬件部分由线圈3、导轨2、磁体三部分组成，仪器组装如图1所示；导轨2由透明塑料管或者玻璃管构成，其作用是让条形磁铁1能顺利、完整的通过线圈；导轨2上有刻度，方便测量条形磁铁1到线圈3的距离；导轨2下方有海绵垫4并设有开口，方便取出条形磁铁1；海绵垫4起缓冲作用，保护下落的条形磁铁1不会损坏；线圈3套在导轨外面，可以方便的固定在导轨2的不同位置；整个装置固定在安装平台5上，保证导轨2处于竖直状态。

本实用新型中，条形磁体1总是从导轨上方固定位置静止下落，穿过线圈后落在导轨下方的海绵垫4上，设下落点与线圈3的距离为H，当磁铁通过线圈时，磁铁的速度                                                。磁铁通过线圈时取极小一段△h为研究过程（此过程可看做匀速运动），则  ，由此可以推出，即磁铁穿过线圈的时间与它每次下落的高度成正比。由于磁铁在下落过程中会使下面线圈的磁通量不断变化，形成一系列脉冲信号，其中的峰值就是磁铁穿过线圈时产生的感应电动势的最大值。于是，我们可以采用控制变量法进行探究。这里的难点就是怎样测量这短暂的脉冲信号。

本实用新型脉冲信号的测量：

我们把线圈产生的感应电流接到声卡的MIC IN接口，利用声卡来读取信号。而对信号的处理软件采用LabVIEW11.0来开发。软件在功能上主要包括信号采集模块、信号分析模块和数据处理模块三部分组成。系统方框图如图2所示。

系统的工作过程为：