一种可视化楞次定律演示仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可视化楞次定律演示仪，设有一仪器箱（2），仪器箱的面板中间安装有一微小电流检流计（4），面板的左右两边分别安装红绿两种高亮的LED指示灯（3），一根内装有柱形磁铁的PVC（5）管固定在仪器箱的顶部，PVC管上缠有线圈（6），所述线圈与一组电路相连，所述线圈的A端分别与电路中的第一电流放大器（8Ⅰ）的S+端输入端和第二电流放大器（8Ⅱ）的S‑输入端相接，线圈的B端分别与第二电流放大器的S+端和第一电流放大器的S－端相接，第一电流放大器和第二电流放大器的输出端各与一个单片机微处理器（11）的输入端相接，单片机微处理器的一组输出端与一组红色LED灯阵相接，其余的一组输出端与一组绿色LED灯阵相接。

A visualized demonstrator of Lenz's law

The utility model discloses a visual Lenz's law demonstration instrument, which is provided with an instrument box (2). A small current galvanometer (4) is installed in the middle of the panel of the instrument box. The left and right sides of the panel are equipped with two kinds of red and green LED light (3), and a PVC (5) tube with a cylindrical magnet in the instrument box. At the top, a coil (6) is attached to the PVC tube. The coil is connected to a set of circuits. The A end of the coil is connected to the S+ end input of the first current amplifier (8 I) and the second current amplifier (8 II), respectively, and the B end of the coil and the first current amplifier of the second current amplifier and the first current amplifier respectively. The output terminal of the first current amplifier and the second current amplifier is connected to the input end of a single chip microprocessor (11). The output terminal of the microprocessor is connected with a set of red LED lamps, and the other output terminal is connected with a set of green LED light array.

【技术实现步骤摘要】
一种可视化楞次定律演示仪
本技术一般涉及一种物理实验演示装置，特别是一种可视化楞次定律演示仪的实验装置。
技术介绍
在中学物理中，楞次定律是电磁学内容中一个非常重要的物理定律。楞次定律的内容是“穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生，而感应电流的方向总是使它产生的磁场去阻碍闭合回路中原有的磁通的变化”。中学生在学习楞次定律这一节内容的时候他们对楞次定律的理解比较困难，特别是对线圈中感应电流的方向总是使它产生的磁场去阻碍闭合回路中原有的磁通的变化，感应电流的方向该如何判断摸不着头脑，因为磁通的变化这一概念比较抽象，楞次定律如果仅仅依靠老师的讲解没有相应的演示实验装置来建立对应的物理情境他们会感到理解起来非常吃力。为此，为了提高楞次定律的教学效果，加深学生对楞次定律的理解，目前已有不少演示楞次定律的教学仪器用于课堂教学，比较典型的有旋转式J11224楞次定律演示器，该仪器是通过磁铁的插入和拔出时机械臂的晃动来反映楞次定律产生的机械阻尼效果，但其不能反映出感应电流方向遵循的规律；且金属面积小，容易碰到磁铁；悬臂短，旋转效果不明显；而且水平转动可见度低，若在课堂上演示后面的同学看不清楚。另一种比较典型的楞次定律演示器是教材中使用的检流计式演示仪，这种演示仪是通过观察磁铁插入与拔出螺旋管线圈时检流计指针的偏转方向来反映线圈中感应电流的方向应遵循的规律，比较容易观察，但其不能反映出感应电流对磁铁产生的机械阻尼效果。还有一种比较典型的楞次定律演示器，是采用一根细长铝管，一个圆柱形小铝块和一个相同尺寸强磁铁组成。演示时竖直持有铝管，先后放入铝块和强磁铁。铝块在管中作自由落体运动，下落时间短；强磁铁在管内下落时，由于相对运动而引起铝管内磁通量变化。根据楞次定律：铝管内产生的涡旋电流激发的磁场将阻碍强磁铁相对其运动，故强磁铁下落时间较长。验证了楞次定律具有阻碍相对运动的特性。缺点：演示内容单一，只演示了楞次定律阻碍运动的特性；看不见物块在管中下落过程，实验现象不直观，只能根据物块落地声响来判断下落时间长短，判断铝管是否阻碍了强磁铁相对运动；铝块下落较快，落到讲桌上时容易弹落到地上；不利于在大课堂中演示，后排学生不易观察到实验现象（听物块落地声响）；铝管和常见的镀锌铁管外形、颜色相似，容易使学生产生质疑。除了上述比较典型的传统楞次定律演示器外，一些演示楞次定律的专利也比较多，一些公知的楞次定律演示仪存在的主要不足：中国技术专利，专利号为：CN201620429734.6公开了一种楞次定律演示仪，该演示仪采用红绿两种LED灯来区分感应电流的方向，但是实际实验中当磁铁插入与拔出线圈时LED闪烁时间短，且交替频率高，因此对学生而言很难判断磁铁插入与拔出线圈时到底是红绿两种LED灯哪个在插入时发光，哪个是在拔出时发光。专利号为：CN201510662743.X公开了一种楞次定律演示仪，该仪器采用LED灯带的方式去观察感应电流大小方向的判断，在演示时也存在着观测时间短，LED灯变换频率快，不便于学生理解的缺点。专利号为：CN201620147603.9公开了一种楞次定律演示仪，该仪器虽用强磁磁铁改变穿过线圈的磁通，以及用LED箭头指示感应电流大小，但还是不能克服LED灯显示时间过短，一闪而过的缺点。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有楞次定律演示仪不能很好演示当线圈中的磁通发生变化时感应电流的方向不好判断，观察困难的技术缺陷，设计一种可视化楞次定律演示仪，便于学生观察和理解楞次定律的含义。为实现上述目的，本技术的方案为：一种可视化楞次定律演示仪，设有一仪器箱，仪器箱的面板中间安装有一微小电流检流计，面板的左右两边分别安装红绿两种高亮的LED指示灯，一根装有柱形磁铁的PVC管固定在仪器箱的顶部，PVC管上缠有线圈，所述线圈与一组电路相连，其特征在于：所述线圈的A端分别与电路中的第一电流放大器的S+端输入端和第二电流放大器的S-输入端相接，线圈的B端分别与第二电流放大器的S+端和第一电流放大器的S－端相接，第一电流放大器和第二电流放大器的输出端各与一个单片机微处理器的输入端相接，单片机微处理器的一组输出端与一组红色LED灯阵相接，其余的一组输出端与一组绿色LED灯阵相接。传统的楞次定律实验演示仪是将线圈固定不动，通过插拔条形磁铁方式来演示楞次定律。本技术的技术方案则是反过来让条形磁铁固定不动，通过插拔线圈的方式来演示楞次定律，通过实验发现这种设计效果好且实验现象更稳定。实验中当线圈在条形磁铁中插拔时，线圈中的磁通量会跟随发生变化，于是线圈中就会产生感应电流，但此时的感应电流较小且是瞬态的，线圈中产生的微小电流可以带动检流计的指针偏转，但指针的偏转是瞬间的学生不容易观察。为了让学生更清楚，更明显地观察到线圈在条形磁铁中插拔时线圈中感应电流的方向到底是指向那个方向，本技术是将线圈中的微小感应电流通过两个微电流放大器将电流放大到能够触发单片机微处理器。这样单片机微处理器在接收到相应信号后，通过程序控制相应的高亮LED指示灯点亮，并同时控制LED灯点亮的时间。由于LED箭头灯点亮的时间被延长了2-3秒，而不再是瞬时点亮，所以，学生此时就可以方便直观地通过LED箭头灯判断出线圈中感应电流的方向到底是指向的那个方向，此时老师让学生再结合安培定则进行分析就容易让学生更好理解楞次定律。本技术电子电路设计时利用单片机程序来对指示线圈感应电流方向的LED箭头灯进行控制，使控制更加准确和灵敏，因为单片机程序在设计时采取的方案是单片机一旦检测到某路信号后便就不再检测触发信号，从而避免误判的情况，因此本技术可视化楞次定律演示仪效果相当稳定且灵敏度高，能够使学生直观的感受到线圈在条形磁铁中插拔时感应电流的方向到底指向哪一方，效果明显，可视化程度高，设计新颖能调动学生学习的积极性，同时也能激发学生科技制作和科技专利技术的兴趣，实现了本技术的目的。下面结合图示及实施例对方案作更详细的说明。附图说明图1为可视化楞次定律演示仪结构图；图2为图1中可视化楞次定律演示仪的接线图；图3为图1中线圈与检流计接线图；图4为图2中单片机微处理器的程序流程图。上述附图中的编号为：底座1，仪器箱2，LED灯3，微小电流检流计4，PVC管5，线圈6，导线7a、7b，电流放大器8Ⅰ、8Ⅱ，导线9C、9d，导线10e、10f，单片机微处理器11，USB电源12。具体实施方式如图1所示，仪器有一底座1，仪器箱2的中间位置安装一微小电流检流计4，仪器箱的左右两边分别安装红绿两种高亮的LED感应电流方向指示灯3，一根内装有圆柱形磁铁的PVC管5安装在仪器箱顶部的中心位置上，线圈6导在PVC管上，实验时将线圈在装有圆柱形磁铁的PVC管上插拔时，一是微小电流检流计的指针会发生偏转，可以根据指针偏转的方向来判断线圈中感应电流的方向，同时红绿两种高亮的LED感应电流方向指示灯也会被点亮，可以通过被点亮的LED灯进一步判断线圈中感应电流的方向，用检流计指针偏转的方向和点亮的LED箭头灯二者结合用来共同判断线圈中感应电流的方向比原有一些仪器只用其中一个来判断效果就好很多。特别是指示感应电流方向的LED灯点亮时会亮2-3秒，这样观察起来就更方便，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可视化楞次定律演示仪，设有一仪器箱（2），仪器箱的面板中间安装有一微小电流检流计（4），面板的左右两边分别安装红绿两种高亮的LED指示灯（3），一根内装有柱形磁铁的PVC（5）管固定在仪器箱的顶部，PVC管上缠有线圈（6），所述线圈与一组电路相连，其特征在于：所述线圈的A端分别与电路中的第一电流放大器（8Ⅰ）的S+端输入端和第二电流放大器（8Ⅱ）的S‑输入端相接，线圈的B端分别与第二电流放大器的S+端和第一电流放大器的S－端相接，第一电流放大器和第二电流放大器的输出端各与一个单片机微处理器（11）的输入端相接，单片机微处理器的一组输出端与一组红色LED灯阵相接，其余的一组输出端与一组绿色LED灯阵相接。

【技术特征摘要】
1.一种可视化楞次定律演示仪，设有一仪器箱（2），仪器箱的面板中间安装有一微小电流检流计（4），面板的左右两边分别安装红绿两种高亮的LED指示灯（3），一根内装有柱形磁铁的PVC（5）管固定在仪器箱的顶部，PVC管上缠有线圈（6），所述线圈与一组电路相连，其特征在于：所述线圈的A端分别与电路中的第一电流放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：江敏，代伟，肖顺文，
申请(专利权)人：西华师范大学，
类型：新型
国别省市：四川,51