1.本发明涉及物理教学教具技术领域，具体是指一种法拉第电磁感应定律定量实验演示教具。


背景技术：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种法拉第电磁感应定律定量实验演示教具：
5.一种法拉第电磁感应定律定量实验演示教具，包括
6.支撑架，所述支撑架包括底座以及背板；所述背板垂直设于所述底座上；
7.pc管，所述pc管沿高度方向延伸并与背板可拆卸相连；所述pc管上沿高度方向等间隔分布有若干个刻度标识；
8.线圈，所述线圈的数量是三个且并联相接，三个线圈分别固定在距离pc管上管口1：4：9的高度处；
9.落体辅助器，所述落体辅助器设于pc管的顶端；
10.磁铁，所述磁铁在落体辅助器的控制下可沿高度方向从pc管内下落；
11.缓冲盒，所述缓冲盒设于底座上，其上开口朝向pc管的下开口设置，以承接从pc管中下落的磁铁；
12.电压传感器，所述电压传感器固定设于底座上，且与三个线圈电性连接；
13.数据采集器，所述数据采集器与电压传感器电性连接；所述电压传感器与数据采集器均与电脑电性相连。
14.作为改进，所述支撑架的底面上设有若干个支撑脚，所述支撑脚由调节螺母控制，可调节高低。
15.作为改进，所述支撑脚的数量是四个且分布在底座底面的四角处。
16.作为改进，所述pc管上设有若干个小孔，所述小孔分布于线圈的周围。
17.作为改进，所述背板上沿高度方向设有呈线性阵列排布的管夹，所述pc管通过管夹与背板可拆卸相连。
18.作为改进，所述缓冲盒内填充有缓冲海绵，用于吸收磁铁下坠的动能。
19.作为改进，所述落体辅助器为l型板，所述pc管的顶端设有插槽，所述l型板可插入插槽内，用于控制磁铁的下落时机。
20.作为改进，所述磁铁为柱形强磁铁。
21.作为改进，三个所述线圈的宽度与匝数均相同。
22.本发明与现有技术相比的优点在于：
23.(1)通过在pc管上设有小孔，能够减小磁铁下坠过程中空气阻力的影响，提高实验精度。
24.(2)装置充分利用电磁感应与自由落体的规律，通过巧妙结构设计，能够完成对实验规律的验证，帮助学生通过实验加深对物理规律的认识，有助于教师授课。
25.(3)通过调节支撑脚的高低，能够使底座处于水平，pc管处于竖直状态，保证实验精度。
26.(4)实验设计中，利用落体辅助器辅助磁铁下落，保证磁铁从静止状态开始做落体运动，使实验初始量固定可控。
27.(5)设置的缓冲盒能够保护磁铁落下时不受损伤，避免实验材料的损耗，提高实验装置的复用率，降低成本。
28.图1是本发明一种法拉第电磁感应定律定量实验演示教具的结构示意图。
29.图2是本发明一种法拉第电磁感应定律定量实验演示教具的主视图。
30.图3是本发明一种法拉第电磁感应定律定量实验演示教具的侧视图。
31.如图所示：1、底座；2、背板；3、pc管；4、刻度标识；5、线圈；6、磁铁；7、缓冲盒；8、电压传感器；9、数据采集器；10、支撑脚；11、调节螺母；12、小孔；13、管夹；14、l型板。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”、“径向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.下面结合附图对本发明一种法拉第电磁感应定律定量实验演示教具做进一步的详细说明。
36.结合附图，图1～3，一种法拉第电磁感应定律定量实验演示教具，包括
37.支撑架，支撑架包括底座1以及背板2；背板2垂直设于底座1上；
38.pc管3，pc管3沿高度方向延伸并与背板2可拆卸相连；pc管3上沿高度方向等间隔分布有若干个刻度标识4；
39.线圈5，线圈5的数量是三个且并联相接，三个线圈5分别固定在距离pc管3上管口1：4：9的高度处；
40.落体辅助器，落体辅助器设于pc管3的顶端；
41.磁铁6，磁铁6在落体辅助器的控制下可沿高度方向从pc管3内下落；
42.缓冲盒7，缓冲盒7设于底座1上，其上开口朝向pc管3的下开口设置，以承接从pc管3中下落的磁铁6；
43.电压传感器8，电压传感器8固定设于底座1上，且与三个线圈5电性连接；
44.数据采集器9，数据采集器9与电压传感器8电性连接，电压传感器8与数据采集器9均与电脑电性相连。
45.本实施例中，如图所示，支撑架的底面上设有若干个支撑脚10，支撑脚10由调节螺母11控制，可调节高低。
46.本实施例中，如图所示，支撑脚10的数量是四个且分布在底座1底面的四角处。
47.本实施例中，如图所示，pc管3上设有若干个小孔12，小孔12分布于线圈5的周围。
48.本实施例中，如图所示，背板2上沿高度方向设有呈线性阵列排布的管夹13，pc管3通过管夹13与背板2可拆卸相连。
49.本实施例中，如图所示，缓冲盒7内填充有缓冲海绵，用于吸收磁铁6下坠的动能。
50.本实施例中，如图所示，落体辅助器为l型板14，pc管3的顶端设有插槽，l型板14可插入插槽内，用于控制磁铁6的下落时机。
51.本实施例中，如图所示，磁铁6为柱形强磁铁。
52.本实施例中，如图所示，三个线圈5的宽度与匝数均相同。
53.本发明的工作原理：本发明中，采用三个宽度和匝数均相同的线圈分别固定在距离pc管口1：4：9的高度处，强磁铁从管口自由下落。根据自由落运动规律，磁铁的速度为磁铁经过三只线圈时的速度之比为1：2：3，经过相同宽度线圈的时间之比为3：2：1，线圈中磁通量的变化率为1：2：3。根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中的感应电动势之比为1：2：3。
54.利用本发明的实验具体步骤如下：
55.(1)连接好电压传感器、数据采集器和电脑，打开朗威dslab软件。
56.(2)利用落体辅助器让强磁铁从pc管上端自由下落。
57.(3)分析朗威软件记录的电压波形。当强磁铁通过三个离管口高度之比为1：4：9的线圈时，电压的峰值相应地呈现1：2：3的关系，从而定量说明线圈中产生的感应电动势与磁通量的变化率成正比。
58.在实验数据采集部分，三个线圈并联后与电压传感器8相连接，电压传感器8测得的电压波形可同时展现在电脑屏幕上，方便进行对比研究分析；实验时，把电压传感器8和数据采集器9与电脑相连接，adsl调节到示波状态，采集频率调成200hz为最佳，实验结果如图所示。
59.本教学演示装置设计原理巧妙，取材方便，制作容易，操作简单，实验结果精确，有利于学生加深对物理规律的认识，有助于教师授课，值得推广。
60.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。