[实用新型]一种演示毕奥-萨法尔定律的实验系统

说明书

本实用新型公开了一种演示毕奥‑萨法尔定律的实验系统，包括箱体、控制面板、气垫导轨、气体压缩机、磁性滑块、静电转盘、电刷和静电起电器。本实用新型的优点在于通过一种演示毕奥‑萨法尔定律的实验系统，根据带电圆盘的转动制造环形电流以激发磁场，并推动磁铁滑动达到演示毕奥‑萨法尔定律的效果。仪器操作简单，形象生动地演示电流激发磁场的特性，能够激发学生的学习兴趣，引起学生的学习欲望，培养学生科学实验素养，有效地培养学生的观察能力和实践动手能力。

技术领域

本实用新型涉及物理演示实验技术领域，具体涉及一种演示毕奥-萨法尔定律的实验系统。

背景技术

毕奥-萨法尔定律是电磁学中的一个重要的定律，它阐释了电流和其所激发磁场之间的定量关系。此定律指出：一段电流元在某点产生的磁感应强度的大小与电流元的大小成正比，与电流元和电流元到该点的矢径间的夹角的正弦成正比，而与电流元到该点的平方成反比，再根据叠加原理，该点总的磁场是各个电流元在该点产生的磁场的矢量和。从电流的产生形式看，电流可以存在于导线中，也可以通过静电荷的运动产生。如一个带电的圆盘在绕轴旋转时，便在转盘的表面产生了电流，且电流的强度随着圆盘的转速变化，因此在圆盘的周围便产生了磁场。要想直接观察磁场的有无和强弱，需要借用其在力学上的表现。由于磁铁可以在具有磁场梯度的区域收到力的作用，因此借助磁铁在磁场力的作用下的运动来表现磁场的产生和变化。此外，建立无摩擦的环境来进一步增强实验的演示效果，气垫导轨可以使磁铁悬浮起来，一个很弱的磁场力都会使其运动起来，从而使实验现象更为明显。

由于毕奥-萨法尔定律是用数学表示的定律，很难理解，因此设计一种有趣的实验系统来展现电流激发磁场的规律是大学物理课堂教学过程中一个不可缺少的组成部分，它能够激发学生的学习兴趣，引起学生的学习欲望，培养学生科学实验素养，有效地培养学生的观察能力和实践动手能力。系统的设计同时需要做到结构简单，操作简便且形象有趣。本实用新型以旋转的静电转盘和气垫导轨为主体器件设计了一种演示毕奥-萨法尔定律的实验系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种演示毕奥-萨法尔定律的实验系统，其根据带电圆盘的转动制造环形电流以激发磁场，并推动磁铁滑动达到演示毕奥-萨法尔定律的效果。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种演示毕奥-萨法尔定律的实验系统，包括箱体、控制面板、气垫导轨、气体压缩机、磁性滑块、静电转盘、电刷和静电起电器；

所述箱体由透明的封板拼装而成，且箱体的顶部封板设为可开闭结构，所述控制面板设在箱体的其中一侧封板上，所述气垫导轨横向设在箱体内部，所述气体压缩机与气垫导轨连接，用于为气垫导轨提供气源，所述磁性滑块活动设置在气垫导轨上，所述静电转盘有两个，分别对立设在气垫导轨的两端头处，且使气垫导轨位于两个静电转盘的圆心连线上，所述电刷有两个，分别与两个静电转盘的内盘面接触，所述静电起电器通过导线分别与两个电刷连接。

进一步改进在于，所述控制面板上设有用于控制实验系统电源通断的电源开关，以及用于控制静电转盘转动方向的反向开关，以及用于调节静电转盘转动速度的转速调节旋钮，以及用于调节静电起电器输出电量的电量调节旋钮。

进一步改进在于，所述气垫导轨由中空三棱柱体和挡板组成，所述中空三棱柱体为铝制密封结构，中空三棱柱体的其中一个侧面水平朝下，且在此侧面上开有进气孔，用于连接气体压缩机，在中空三棱柱体的另两个侧面上均开有若干排细密的出气孔，所述挡板有两块，分别设在中空三棱柱体的两端底面上；

所述磁性滑块由V形滑片和条形磁铁组成，所述V形滑片倒扣在气垫导轨的中空三棱柱体上，所述条形磁铁沿着平行于气垫导轨的方向设在V形滑片上端。

进一步改进在于，所述中空三棱柱体的横截面呈等边三角形，所述V形滑片的张角为60°。

进一步改进在于，所述条形磁铁上设有N极和S极的标志。