一种金属管涡流阻尼演示仪论文和设计-干正文

全文摘要

一种金属管涡流阻尼演示仪，由演示装置和计时装置所构成，演示装置包括强磁铁、挡板、底座、固定支架以及演示管，固定支架由垂直设于底座上的两条竖直支架和水平固定在两条竖直支架上的两条水平支架构成，演示管通过卡扣固定在水平支架上并与水平支架互相垂直，挡板设于竖直支架上方，挡板上等距设有圆形穿孔，圆形穿孔正对演示管的上端开口，底座上等距设有容纳槽，容纳槽正对演示管的下端开口，计时装置包括接近传感器、压力传感器、数码管、控制器以及电池，接近传感器设于圆形穿孔的沿口处，压力传感器设于容纳槽内，数码管设于容纳槽下方，控制器设于底座内部的左下方，电池设于底座内部右下方，本申请能方便演示电磁涡流阻尼现象，深刻了解电磁感应原理。

主设计要求

1.一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，由演示装置和计时装置所构成，所述演示装置包括强磁铁(1)、挡板(2)、底座(3)、固定支架以及演示管，所述固定支架由垂直设于底座上的两条竖直支架(4)和水平固定在所述两条竖直支架上的两条水平支架(5)构成，所述演示管通过卡扣(6)固定在水平支架(5)上并与水平支架(5)互相垂直，所述挡板(2)设于竖直支架(4)上方，挡板(2)上等距设有圆形穿孔(7)，所述圆形穿孔(7)正对演示管的上端开口，所述底座(3)上等距设有容纳槽(8)，所述容纳槽(8)正对演示管的下端开口，所述计时装置包括接近传感器(9)、压力传感器(10)、数码管(11)、控制器(12)以及电池(13)，所述接近传感器(9)设于圆形穿孔(7)的沿口处，所述压力传感器(10)设于容纳槽(8)内，所述数码管(11)设于容纳槽(8)下方，所述控制器(12)设于底座(3)内部的左下方，所述电池(13)设于底座(3)内部右下方。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，所述接近传感器(9)、压力传感器(10)、数码管(11)与控制器(12)电性相连，所述接近传感器(9)、压力传感器(10)、数码管(11)、控制器(12)的电源端分别与电池(13)的供电端电性相连。

3.根据权利要求1所述的一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，所述演示管包括铜管(16)、开缝铜管(17)、玻璃管(18)以及套有多组闭合漆包线圈的玻璃管(19)。

4.根据权利要求3所述的一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，所述闭合漆包线圈上串联有电流计(20)。

5.根据权利要求1所述的一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，所述底座(3)内设有缓冲棉(14)。

6.根据权利要求1所述的一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，所述底座(3)的右边侧壁上设有开关(15)。

7.根据权利要求1所述的一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，所述圆形穿孔(7)的直径略大于强磁铁(1)的直径。

8.根据权利要求3所述的一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，所述铜管(16)的规格为直径15mm×长度600mm，所述玻璃管(18)的规格为直径15mm×长度600mm，所述漆包线的直径为0.08mm。

9.根据权利要求1所述的一种金属管涡流阻尼演示仪，其特征在于，所述电池(13)为纽扣电池或可充电锂电池。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电磁感应教学领域，特别是一种金属管涡流阻尼演示仪。

背景技术

涡流是把整块金属放在变化的磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内将产生的感应电流，这种电流在金属块内自成的闭合回路，很像水的漩涡，因此叫做涡流.电磁阻尼指的是导体在磁场中运动时时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动的这种现象，电磁阻尼现象源于电磁感应原理，宏观现象表现为，当闭合导体与磁极发生相对运动时，穿过闭合导体的磁通量发生变化，两者之间会产生阻碍相对运动。当小强磁铁运动时由于所穿过金属管部分导体的磁通量发生变化，导体中会产生感应电流——涡流，这一电流所产生的磁场会阻碍两者的相对运动。其阻力大小与磁体的磁感应强度、相对运动速度、导体等物理量有关。

为了使学生更深刻的了解电磁感应原理和更为直观的观察到涡流电磁阻尼现象，需要一种涡流阻尼演示仪来演示涡流电磁阻尼现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种金属管涡流阻尼演示仪，能够让学生很直观的观察到电磁感应原理和涡流电磁阻尼现象，加深学生对涡流及电磁阻尼现象的理解。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种金属管涡流阻尼演示仪，由演示装置和计时装置所构成，演示装置包括强磁铁、挡板、底座、固定支架以及演示管，固定支架由垂直设于底座上的两条竖直支架和水平固定在两条竖直支架上的两条水平支架构成，演示管通过卡扣固定在水平支架上并与水平支架互相垂直，挡板设于竖直支架上方，挡板上等距设有圆形穿孔，圆形穿孔正对演示管的上端开口，底座上等距设有容纳槽，容纳槽正对演示管的下端开口，计时装置包括接近传感器、压力传感器、数码管、控制器以及电池，接近传感器设于圆形穿孔的沿口处，所述压力传感器设于容纳槽内，数码管设于容纳槽下方，控制器设于底座内部的左下方，电池设于底座内部右下方。

进一步的，演示管包括铜管、开缝铜管、玻璃管以及套有多组闭合漆包线圈的玻璃管。

进一步的，闭合漆包线圈上串联有电流计，电流计的设置能更直观的观察到感应电流的产生。

进一步的，接近传感器、压力传感器、数码管与控制器电性相连，接近传感器、压力传感器、数码管、控制器的电源端分别与电池的供电端电性相连。

进一步的，底座内设有缓冲棉，缓冲棉用于减强磁铁下落时对压力传感器的冲击，同时也对处理器、数码管、电池起到保护作用。

进一步的，底座的右边侧壁上设有开关，开关用于整个装置电源的开启或闭合。

进一步的，圆形穿孔的直径略大于强磁铁的直径。

进一步的，铜管的规格为直径15mm×长度600mm，玻璃管的规格为直径15mm×长度600mm，漆包线的直径为0.08mm。

进一步的，电池为纽扣电池或可充电锂电池。

本实用新型的有益效果是：

(1)本使用新型设有铜管、开缝铜管、玻璃管以及套有多组闭合漆包线圈的玻璃管，能够演示出强磁铁在不同的演示管里面的下落情况，从而可以呈现出多个对比演示，使得实验更具有多样性和说服性；

(2)本使用新型设有计时装置，强磁铁的下落时间可以很直观的在数码管上显示出来，同时也方便记录强磁铁的下落时间。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型挡板结构示意图；

图3为本实用新型开缝铜管结构示意图；

图4为本使用新型

图中，1-强磁铁，2-挡板，3-底座，4-竖直支架，5-水平支架，6-卡扣，7-圆形穿孔，8-容纳槽，9-接近传感器，10-压力传感器，11-数码管，12-控制器，13-电池，14-缓冲棉，15-开关，16-铜管，17-开缝铜管,18-玻璃管，19-套有多组闭合漆包线圈的玻璃管,20-电流计。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例：

请参阅附图1所述，本申请提供了一种金属管涡流阻尼演示仪，通过设置计时装置和多种演示管来对强磁铁1通过不同演示管时涡流电磁阻尼对强磁铁下落时间的影响，再有，强磁铁1下落的时间能很直观的显示到数码管11上，方便观察和记录，让实验更具有说服性。

请参阅附图1-附图3所述，一种金属管涡流阻尼演示仪，由演示装置和计时装置所构成，演示装置包括强磁铁1、挡板2、底座3、固定支架以及演示管，固定支架由垂直设于底座上的两条竖直支架4和水平固定在两条竖直支架上的两条水平支架5构成，演示管通过卡扣6 固定在水平支架5上并与水平支架5互相垂直，挡板2设于竖直支架4上方，挡板2上等距设有圆形穿孔7，圆形穿孔7正对演示管的上端开口，底座3上等距设有容纳槽8，容纳槽8 正对演示管的下端开口，计时装置包括接近传感器9、压力传感器10、数码管11、控制器12 以及电池13，接近传感器9设于圆形穿孔7的沿口处，压力传感器10设于容纳槽8内，数码管11设于容纳槽8下方，控制器12设于底座3内部的左下方，电池13设于底座3内部右下方，接近传感器9、压力传感器10、数码管11与控制器12电性相连，接近传感器9、压力传感器10、数码管11、控制器12的电源端分别与电池13的供电端电性相连。

优选的，演示管包括铜管16、开缝铜管17、玻璃管18以及套有多组闭合漆包线圈的玻璃管19。

优选的，闭合漆包线圈上串联有电流计20，电流计20能让实验人员更直观的观察到涡流的产生，让实验更具说服性。

优选的，底座3内设有缓冲棉14，缓冲棉14用于减小强磁铁1下落时对压力传感器10 的冲击，同时也对处理器12、数码管11、电池13起到保护作用。

优选的，底座3的右边侧壁上设有开关15，开关15用于整个装置电源的开启或闭合。

优选的，圆形穿孔7的直径略大于强磁铁1的直径，使得强磁铁1能够穿过圆形穿孔7 并落入到演示管中。

优选的，铜管16的规格为直径15mm×长度600mm，玻璃管18的规格为直径15mm×长度 600mm，漆包线的直径为0.08mm。

优选的，电池13为纽扣电池或可充电锂电池。

请参阅附图1-附图3所示，具体在使用时，将强磁铁1分别从每个圆形穿孔7上方同一高度静止落下，由于演示管的上端开口正对圆形穿孔7，演示管的下端开口正对容纳槽，落下的强磁铁1穿过圆形穿孔7及演示管后落入到容纳槽8内，在此过程中，强磁铁1在通过圆形穿孔7时，接近传感器9会感应到强磁体1通过，并将数字信号传送给处理器12，处理器12发送控制信号给数码管11，数码管11开始计时，当强磁铁1落到容纳槽8的时候，设于容纳槽8内的压力传感器10会发送数字信号给处理器12，处理器12再发送控制信号给数码管11，此时计时停止，数码管11上显示的时间即为强磁铁1下落的时间。

演示说明：将强磁铁1穿过铜管16的时间记为t1,强磁铁1通过开缝铜管17的时间记为t2，强磁铁1通过套有多组闭合漆包线圈的玻璃管19的时间记为t3，强磁铁1通过玻璃管18的时间记为t4，此时t1﹥t2，t3﹥t4。

现象分析：强磁铁1在穿过套有多组闭合漆包线圈的玻璃管19的时候，强磁铁1和闭合漆包线圈之间发生相对运动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，此时电流计20的指针发生偏转，进一步证明穿过闭合线圈的磁通量发生变化时有感应电流产生，可以推知强磁铁1在铜管16、17的下落过程中同样产生感应电流——涡流，由楞次定律可知，感应电流的产生的磁场会阻碍强磁铁1向下运动，强磁铁1的下落速度会有一个减慢的过程，所以下落时间变长，由于玻璃管18为绝缘体，强磁铁1在玻璃管18中下落过程中不会产生感应电流，进而不会产生涡流电磁阻尼，强磁铁1在玻璃管18中的下落过程属于自由落体运动，所以强磁铁1在玻璃管18中的下落时间相比强磁铁1在套有多组闭合漆包线圈的玻璃管19中的下落时间更短，强磁铁1在套有多组闭合漆包线圈的玻璃管19中的下落过程确有涡流电磁阻尼产生，即t3﹥t4。

开缝铜管17由于设有开缝，强磁铁1在开缝铜管17的下落过程中，开缝铜管17两边各自形成闭合回路，但此时产生的的感应电流较小，进而产生的涡流电磁阻尼也较小，强磁铁在铜管16中的下落过程中产生的感应电流较大，进而产生的涡流电磁阻尼也较大，所以强磁铁1在开缝铜管17中的下落时间相比强磁铁1在铜管16中的下落时间更短，即t1﹥t2。

综上，能充分证明强磁铁1在和闭合线圈发生相对运动时，确能产生涡流电磁阻尼，同时产生的感应电流较大时，涡流电磁阻尼也较大，相反，产生的感应电流较小时，涡流电磁阻尼也较小。

本申请能演示出强磁铁1在不同的演示管里面的下落情况，从而可以呈现出多个对比演示，使得实验更具有多样性和说服性，再者，能够让学生很直观的观察到电磁感应原理和涡流电磁阻尼现象，加深学生对涡流及电磁阻尼现象的理解，具有较高的教学实用性。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

设计图

一种金属管涡流阻尼演示仪论文和设计

一种金属管涡流阻尼演示仪论文和设计-干正文

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢