УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
EDUCATIONAL DEVICE FOR STUDYING LAWS OF ELECTROMAGNETIC INDUCTION

Изобретение относится к учебным приборам, при проведении фронтальных лабораторных работ по разделу магнетизма и проверке экспериментальных умений учащихся по курсу общей физики для общеобразовательных школ и учебных заведений, а именно к средствам проверки экспериментальных умений по разделу магнетизм.
Известно техническое решение по патенту РФ на полезную модель №8146, кл. G09B 23/18,1997 г., которое состоит из неподвижных имитаторов магнитов и исследуемый объект и используя правило левой руки, располагаемой в соответствии с рекомендациями в патенте, определяют направление индукционного тока в исследуемом объекте. Данный прибор очень ограничен в проведении опытов, т.е. фактически позволяет провести только один эксперимент.
Известно техническое решение по патенту РФ №2058049 кл. G09B 23/18, 1992 г. «Прибор для демонстрации электромагнитной индукции». Прибор содержит вращающуюся обмотку с сердечником в магнитном поле, постоянном или переменном. Данный прибор позволяет демонстрировать только возникновение индукции в контуре, установить взаимосвязь между частотой вращения обмотки и частотой индукции и связать величину и направление ЭДС со скоростью изменения магнитного потока через контур.
Наиболее близким техническим решением является «Учебный прибор - маятник для демонстрации законов электромагнитной индукции» по заявке РФ №94025621, кл. G09B 23/18, опубликованной 10.05.1996 г. Данное техническое решение содержит электромагнит, между полюсами которого перемещается маятник, т.е. совершает колебательное движение, при этом возникают торможение маятника за счет взаимодействия магнитных вихревых токов и магнитного поля магнита. Число колебаний маятника в данном техническом решении можно менять с помощью установки дополнительных пластин по обе стороны маятника между полюсами магнита.
Однако данное техническое решение не позволяет демонстрировать комплекс опытов по электромагнитной индукции.
Задачей настоящего изобретения является создание универсального учебного прибора позволяющего расширить количество демонстрируемых экспериментов для исследования постоянных магнитов, магнитного действия электрического тока, и явления электромагнитной индукции, а также изучение взаимодействие катушки с током и постоянным магнитом.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения - это обеспечение чистоты проведения опытов, повышение наглядности проведения опытов, а, следовательно, повышение качества обучения учащихся.
Для решения поставленной задачи предлагается учебный прибор для изучения законов электромагнитной индукции включающий маятник и магнит, характеризуется тем, что он дополнительно снабжен штативом, немаркированным магнитом, компасом, подставкой для магнитов, вольтметром, амперметром, миллиамперметром, источником питания учебным ВУ-4, соединительными проводами, концы которых снабжены штекерами, ключом, ползуном, выполненным в виде стержня, изготовленного из немагнитного материала, на одном конце которого закреплен набор магнитов, а на другом ограничительная шайба и направляющей для ползуна, выполненной в виде немагнитопроводящей полиэтиленовой прозрачной трубки с ограничителями, причем маятник выполнен в виде катушки-мотка, а намоточный провод снабжен маркером направления намотки, концы намоточного провода соединены с удлиняющими проводами, свободные концы которых снабжены штекерами, а сами удлиняющие провода проходят внутри трубчатого стержня, при этом свободные концы удлиняющих проводов со штекерами выходят из стержня, выполненного из немагнитного материала, один конец которого соединен с катушкой, а свободный конец снабжен подвесным отверстием. Подставка для магнита выполнена в виде [- образной скобы, на верхней горизонтальной полке которой закреплен магнит. Продольная ось подвесного отверстия стержня перпендикулярна продольной оси катушки - мотка.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен учебный прибор для изучения законов электромагнитной индукции, фиг.2 - исследование зависимости величины индукционного тока, на фиг.3 - изображена катушка - моток.
Учебный прибор для изучения законов электромагнитной индукции включает школьный штатив 1, состоящий из основания 2, стержня 3, муфты 4, держателя 5 с клипсой 6, маятник 7, источник питания 8 учебный ВУ-4, амперметр 9, ключ 10. Маятник 7 выполнен в виде катушки-мотка 11, а намоточный провод 12 снабжен маркером 13 направления намотки. Концы намоточного провода соединены с удлиняющими проводами 14, пропущенными внутри трубчатого стержня 15, свободные концы удлиняющих проводов 14, выходящие из стержня 15 в зоне его свободного конца, снабжены штекерами 16. Трубчатый стержень 15 выполнен из немагнитного материала, один его конец соединен с катушкой-мотком 11, а свободный конец стержня снабжен подвесным отверстием 17, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси катушки-мотка 11. Устройство снабжено ползуном, выполненным в виде стержня 18 изготовленного из немагнитного материала, на одном конце которого закреплен набор магнитов 19, а на другом ограничительная шайба 20, и направляющей 21 для ползуна, выполненной в виде немагнитопроводящей прозрачной трубки с ограничителем 22 для ползуна.
Учебный прибор работает следующим образом. Маятник 7 подвешивается на штативе 1 за подвесное отверстие 17 на конце стержня 15, а к катушке-мотку 11 подводится магнит 23 закрепленный на верхней горизонтальной полке подставке 24 для магнитов, которая выполнена в виде Q-образной скобы. Посредством соединительных проводов 25 собирается электросхема как показано на фиг.1, при замыкания ключа 10 в катушке-мотке 11 проходит ток, который создает магнитное поле. Посредством компаса 26 определяем направление тока в проводах 25, а соответственно и в намоточном проводе 12 катушки-мотка 11. Наблюдаем за взаимодействием катушки-мотка 11 и магнита 23, а при изменении полярности, т.е. направления тока, изменяется направление магнитных линий катушки мотка с током, а, следовательно, изменяется и характер взаимодействие магнита и катушки-мотка. Таким способом можно определять направление вектора индукции электромагнитного поля, полярность немаркированного магнита. В одном случае катушка-моток притягивается к северному полюсу магнита, а в другом - она отталкивается от него, следовательно, можно сделать вывод, что направление магнитных линий катушки с током зависит от направления тока в катушке.
При исследовании изменения величины индукционного тока используют учебный прибор, выполненный по варианту, представленному на фиг.2, где направляющая 21 ползуна закреплена в клипсе 6 держателя 5 на штативе 1, а катушка-моток 11 одета на направляющую 21, и закреплена ограничителем 27. Ограничитель 22 может быть выполнен например в виде спицы, пронизывающей направляющую 21,в нижней ее части и удерживает ползун на излете от выпадания из направляющей 21. При проведении данного опыта используют миллиамперметр 28 и определяют как влияют на величину индукционного тока такие критерии: скорость движения магнитов в катушке-мотке, например путем изменения наклона направляющей для ползуна, использование магнитов различной силы (двух или более), либо различное соединение магнитов - одноименными или разноименными полюсами
Данный учебный прибор позволяет выявить зависимость направления тока в катушке-мотке от координации движения полюсов магнита, скорости движения магнита в катушке-мотке, прибор позволяет установить, как скорость движения магнита влияет на величину индукционного тока, которая меняется и при использовании магнитов разной силы.
Данный учебный прибор позволяет наблюдать все явления электромагнитной индукции и опыт Эрстеда. Данный прибор изготовлен и нашел широкое применение при школьном обучении.