[发明专利]一种多功能楞次定律实验装置

说明书

本发明涉及一种多功能楞次定律实验装置，包括由上至下依次层叠的第一支架、第二支架和第三支架，第一支架和第二支架之间可拆卸连接，第二支架和第三支架之间固定连接；第一支架顶壁的顶面上设置有多个铜线圈，第一支架顶壁的底面上设置有多个用于放置磁体的凹槽，第二支架顶壁设置有多个供螺线管穿过的圆孔，第三支架顶壁设置有多个用于承托螺线管底端的台阶孔，铜线圈、凹槽、圆孔和台阶孔的数量和位置均一一对应；螺线管包括外管和内管，外管套设在内管上；本发明的实验装置通过第一支架和第二支架的可拆卸连接，能够方便的进行螺线管的更换，从而使实验装置使用更加灵活、多变。

技术领域

本发明属于物理科学实验装置技术领域，具体涉及一种多功能楞次定律实验装置。

背景技术

楞次定律是电磁学领域的一条重要定律，它可以用来判断由电磁感应而产生的电动势的方向，由俄国物理学家海因里希·楞次在1834年发现。可以表述为：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。还可表述为：感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。宏观表现即为电磁阻尼现象：当闭合导体与磁极发生相对运动时，两者之间会产生电磁阻力，阻碍相对运动。

楞次定律是电磁领域的惯性定理，是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现，它所表现出的电磁阻尼现象可广泛应用于电磁阻尼器、磁悬浮轴承、磁制动刹车、磁阻尼抗震和非接触的驱动和制动系统等装置中。高中物理教学中，楞次定律第一次涉及到了变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系，是一种动态场，相较之前学习的电磁学内容，楞次定律有了从静到动的改变，所以学生理解起来要困难一些。同时，楞次定律在物理课本中位于法拉第电磁感应定律之前，对后面电磁学内容的学习也有铺垫作用。因此，如何让学生了解并掌握楞次定律以及相关的电磁学知识，对于中学物理教学至关重要。

超导体具有零电阻的特性，是指超导材料温度降低至某一温度以下时，电阻突然消失的现象，这一温度被称为临界温度。最早发现的低温超导体由于其临界温度很低（小于40 K），需要用液氦冷却，我们难以在日常生活中看到。高温超导的发现使得临界温度出现了关键性的突破，高温超导体通常指临界温度高于液氮温度（大于77 K）的超导体，由于液氮在生活中易于获取，使得大众也可以在生活中看到神奇的超导现象。将超导体的零电阻特性通过楞次定律实验来演示，对于学生理解超导体零电阻特性和楞次定律都有很大的帮助，由于超导体在临界温度以下没有电阻，当用第二代高温超导带材绕制的螺线管中有磁体下落时，其产生的电磁阻尼现象相较于铜质线圈更为明显；分别在液氮温度下和室温下用超导线圈演示楞次定律实验，也可让学生理解超导材料在临界温度以上及以下表现出的不同导电特性。

目前，相关的教学课堂中演示楞次定律形式较为单一，仅通过螺线管和条形磁铁的相对运动来判断感应电流的方向，不能直接演示出螺线管中电流的变化产生的相反磁场，从而不能使学生直观地体验到楞次定律阻碍导体与磁体相对运动的特点。目前有不少的楞次定律演示装置，有些演示采用数字存储示波器记录磁体在导体管中下落时产生的感应电动势，虽然得到的感应电动势结果较为准确，但演示效果不够直观，学生不能观察和比较楞次定律中的磁体对导体管的阻碍效果；例如，授权公告号为CN 205003936 U的发明专利：一种楞次定律可视演示仪，虽然采用“流水灯”表示出了电流大小和方向的变化，增加了实验的直观性和趣味性，但演示内容较为单一；授权公告号为CN 103150953 B的发明专利：一种楞次定律演示装置，利用导体环在磁体外围运动，通过加入对比实验的非导磁、非导电柱体、非导磁的金属环，实现了较好的演示效果，但该装置没有演示不同的螺线管在楞次定律中对运动磁体的阻碍效果；授权公告号为CN 203085038 U的发明专利：单片机对比式楞次定律演示装置，通过引入单片机和光电传感器，直观、形象、定量的演示了楞次定律，但该装置中未涉及磁体在螺线管中下落结果的比较，也未涉及温度对于材料导电性能的影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的楞次定律演示装置形式单一，不能直观的演示出螺线管中电流的变化产生的相反磁场，不利于学生学习和理解楞次定律的技术问题，本发明提供了以下技术方案：