【技术实现步骤摘要】
本专利涉及一种管型涡电流的演示实验方法，实现以重心与几何中心不重合的通孔型球形磁体在竖直导体管中涡电流实验的拓展研究，属于物理实验领域。
技术介绍
1、在大学物理教学中涡电流现象的演示常常以竖直铝管或铜管，其外套环形磁铁下滑来演示(清华大学演示实验)，这个演示便于观察磁体下落，但容易产生摩擦，我校演示大厅实验使用的吉林大学(获得国家教学成果奖一等奖)的系列成果之一：涡流管演示仪器，利用方形磁铁(铝铁硼)与铝块放入方形柱管下落来演示涡电流现象，在使用过程常常出现方形磁体、铝块卡在方形管中间；近些年人们常使用柱状磁体，在竖直铜管中放入柱磁体(钕铁硼)和铝柱，在实验过程(下落运动)中出现了倾斜现象易与管侧壁碰撞发生较大的摩擦，有时还会有旋转等现象不能保证磁极的初始方向，使学生提出旋转、碰撞、摩擦造成的等各种疑惑问题，影响对实验演示内容的确信，这些实验现象大学生们现有的理论很难进行更深入的研究；除了这类纯技术问题需要突破外，目前大学物理也急需要一个符合大学生理论基础的探索实验，把理论研究与实验设计、试验相结合，避免盲目试验，进行一定的量化研究；如何既要做到磁体下落过程不倾斜碰撞(磁极方向不变)、不卡在管中，能演示可信的明显涡电流现象，又要做到拓展为内容更丰富的磁阻力与磁体和涡流管关系的探究式演示实验，本专利就要解决这一问题。本专利是在国家自然基金项目(项目号：11805107，11405092)、黑龙江省省属高等学校基本业务费科研项目(项目号：135209251)及黑龙江省高等学校教改与应用项目(项目号：sjgy20170385)的支持
技术实现思路
1、本专利主要解决导体管中涡电流演示的系列问题，主要通过带有诸多对称通气孔与配重降低重心的通孔型球形磁体与通孔型球形非磁体，导体管侧壁有诸多通气孔、或侧壁无孔的导体管及管的厚度、内半径、球形磁体的磁化强度改变等来解决这一问题的技术方法。
2、本专利技术方案：一种变几何参数的磁体和导体管的涡电流演示方法，主要由通孔型球形磁体a、通孔型球形非磁体b、两个相同的通透导体管(是完整的柱状直管侧壁带有均匀分布孔且是非铁磁性材料，也称为通透非铁磁性材料导体管，本专利所述的各种管均指柱状直管)、竖直支架、水平桌面和水平、竖直参考板构成，其特征是：通孔型球形磁体a是由硬磁性材料(钕铁硼)制成球体，且球体表面等间距打出通过球心的通孔烧结成型，再将铅块(密度大于硬磁性材料的密度)植入一个孔内固定，孔的大小与铅块大小相匹配，在充磁装置上沿着铅块过球心的方向(球体的直径方向进行充磁)充磁(n极、s极)；所述通孔型球形非磁体b是与通孔型球形磁体a等大小的合金或者铝材的球体，球体表面等间距打出通过球心的通孔(通气)，通孔的孔径、间距和数量与通孔型球形磁体a相同；所述的水平、竖直参考板由直杆固定在竖直支架上，水平、竖直参考板为薄金属平板；所述的通孔型球形磁体a和通孔型球形非磁体b在有铅块的对面表面用记号笔涂上5个不同染色圆环，其中一个染色圆环是涂在与铅块对面同一个直径的通孔边缘上，另4个染色圆环均分在(染色圆环涂在通孔边缘上或者球面上)同一个平面内且垂直于过铅块的球直径的球面上(从侧面能看到1个完整环和两个半环，三点构成一个平面，可以用这个平面作为通孔型球形磁体a和通孔型球形非磁体b的方位)，染色圆环的大小能够清晰醒目，用于在竖直方向释放及观测在通透导体管中下落的状态，如倾斜、旋转等，所述的通透导体管为通透非铁磁性材料导体管，通透导体管(非铁磁性材料)是柱状的铝管或者柱状的铜管在侧壁上打出等间距的光滑通孔(在室内光线从侧面外表可以看到内部，便于用录像机录制视频在电脑中数据提取分析)；所述的通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b是相同结构等大小且直径比通透导体管的内径小(一般2毫米左右)，通透导体管的内部及通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b外表均光滑；所述的两个相同通透导体管是均带有刻度的均质柱状直管(或者在通透导体管外侧壁沿着母线方向固定米尺，带刻度的一侧朝向观测方向便于用录像机记录通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b的时空情况)，两个相同的通透导体管竖直固定在竖直支架上，竖直支架固定在水平桌面上，两个相同的通透导体管底部(下方)距离水平桌面大于通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b的直径，在两个相同的通透导体管底部的水平桌面上有凹坑，用于通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b下落到桌面时搜集用，凹坑内表面粘贴有海绵；在正对两个竖直管一定距离(根据装置大小和视频清晰度确定)固定录像机，两个竖直管正好清晰落在录像机镜头视野中，在两个竖直管正上方20cm左右分别固定录像机其镜头正对通透导体管的中心轴线，实验开始就记录通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b下落的位置、时间及状态(以下实验录像记录均按照这种情况)；实验演示：
3、实验1)、两手分别抓住通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b，将有铅块的方向朝下同时在同一个高度，分别在两个相同的通透导体管中释放，释放瞬间通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b的中心竖直轴线与通透导体管中心轴线重合，观察现象；
4、实验2)、然后将实验1)演示的通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b互换位置分别同时在两个相同的通透导体管中释放，将有铅块2的方向朝下，释放瞬间通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b的中心竖直轴线与通透导体管中心轴线重合，观察现象；实验结果会看到通孔型球形磁体a比通孔型球形非磁体b下降慢(穿出管所用的时间多)；
5、实验3)、如附图1(c)，通透导体铜管靠下口1/3部分在观察方向的侧面截1/4侧面，观察通孔型球形磁体a在竖直被加工后的通透导体管中下落受到的影响(看到通孔型球形磁体a在被截取的那段速度比没有截取那段下落要快，也就是截取那段通透导体管中也有涡电流只不过比没有截取那部分小)；
6、实验4)、将通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b替换成大小相同的实心均质的球形磁体a与实心均质的球形非磁体b(实心均质的球形磁体a的磁化方向也是过球心沿着直径方向均匀磁化)，通透导体管替换成侧壁无孔的非铁磁性材料导体管靠下口1/3部分在观察方向的侧面截1/4侧面，重复实验1)、实验2)操作过程，主要观察实心均质的球形磁体a与实心均质的球形非磁体b在竖直侧壁无孔的非铁磁性材料导体管中下落的运动状态(轨迹，姿态)；
7、注：本专利说明书中，所述的物理参数改变，均指其它参数不变的情况下的实验研究(控制变量法)。实验中释放均是指通孔型球形非磁体与通孔型球形磁体(或者实心球形磁体与实心球形非磁体)的中心竖直轴线与通透管(或者侧壁无孔的导体管)中心轴线重合后释放；说明书中的“通透管”包括：通透非铁磁性材料导体管(如，铜管、铝管)、通透非导体管(如，透明塑料管)、通透铁磁性材料导体管(如，铁材料管)、通透超导材料管；本专利说明书中在没有特别说明情况下，所述的通透导体管或导体管均指非铁磁性材料的导体管。
8、实验5)、做进一步系列研究，将所述的两个相同的通透导体管的材料分别替换为(统一称为：通透管)：透本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种变几何参数的磁体和导体管的涡电流演示方法，其装置主要由通孔型球形磁体a、通孔型球形非磁体b、两个相同的通透导体管、竖直支架、水平桌面和水平、竖直参考板构成，其特征是：通孔型球形磁体a是由硬磁性材料制成球体，且球体表面等间距打出通过球心的通孔烧结成型，再将铅块植入一个孔内固定，孔的大小与铅块大小相匹配，在充磁装置上沿着铅块过球心的方向充磁；所述通孔型球形非磁体b是与通孔型球形磁体a等大小的合金或者铝材的球体，球体表面等间距打出通过球心的通孔，通孔的孔径、间距和数量与通孔型球形磁体a相同；所述的水平、竖直参考板由直杆固定在竖直支架上，水平、竖直参考板为薄金属平板；所述的通孔型球形磁体a和通孔型球形非磁体b在有铅块的对面表面用记号笔涂上5个不同染色圆环，其中一个染色圆环是涂在与铅块对面同一个直径的通孔边缘上，另4个染色圆环均分在同一个平面内且垂直于过铅块的球直径的球面上；所述的通透导体管为通透非铁磁性材料导体管，通透导体管是柱状的铝管或者柱状的铜管在侧壁上打出等间距的光滑通孔；所述的通孔型球形磁体a与通孔型球形非磁体b是相同结构等大小且直径比通透导体管的内径小，通透导体管的内部
...【技术特征摘要】
1.一种变几何参数的磁体和导体管的涡电流演示方法，其装置主要由通孔型球形磁体a、通孔型球形非磁体b、两个相同的通透导体管、竖直支架、水平桌面和水平、竖直参考板构成，其特征是：通孔型球形磁体a是由硬磁性材料制成球体，且球体表面等间距打出通过球心的通孔烧结成型，再将铅块植入一个孔内固定，孔的大小与铅块大小相匹配，在充磁装置上沿着铅块过球心的方向充磁；所述通孔型球形非磁体b是与通孔型球形磁体a等大小的合金或者铝材的球体，球体表面等间距打出通过球心的通孔，通孔的孔径、间距和数量与通孔型球形磁体a相同；所述的水平、竖直参考板由直杆固定在竖直支架上，水平、竖直参考板为薄金属平板；所述的通孔型球形磁体a和通孔型球形非磁体b在有铅块的对面表面用记号笔涂上5个不同染色圆环，其中一个染色圆环是涂在与铅块对面同一个直径的通孔边缘上，另4个染色圆环均分在同一个平面内且垂直于过铅块的球直径的球面上；所述的通透导体管为通透非铁磁性材料导体管，通透导体管是柱状的铝...
【专利技术属性】
技术研发人员：张权，宣晶雪，李艳君，梁法库，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：
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