[实用新型]一种定量探究线圈式电磁炮的实验装置

说明书

本实用新型公开了一种定量探究线圈式电磁炮的实验装置，包括直流学生电源、线圈、磁场强度不同的圆柱磁铁、光电门传感器、铁架台以及透明圆筒；圆柱磁铁的直径略小于透明圆筒的直径，圆柱磁铁能够放置于透明圆筒的中空部，作为电磁炮的出射子弹；线圈直径略大于透明圆筒的直径；透明圆筒水平固定在铁架台上；光电门传感器安装于透明圆筒的出射口，用于检测由出射口出射的圆柱磁铁的速度；实验时，直流学生电源与线圈电连；透明圆筒可转动角度的固定在铁架台上；透明圆筒的一端表面套接线圈，透明套筒内部放置圆柱磁铁。采用本实用新型来探究电磁炮以及法拉第电磁感应定律，其操作较方便，实验数据稳定，效果好。

技术领域

本实用新型涉及K12教育理科实验器技术领域，具体涉及一种定量探究线圈式电磁炮的实验装置。

背景技术

电磁炮是当下时事科技的热点之一，也是初高中物理（初中定性，高中定量）从理论联系应用的非常好的题材。电磁炮是一种把电磁能量转换成炮弹动能，使炮弹达到高速弹射的装置，电磁炮工作原理以及各种数据都需要利用电磁炮实验装置在物理实验中得到验证。电磁炮实质上就是“法拉第电磁感应定律”的具体应用，因此为了提高学生对抽象的物理定律的直观认识，加深他们对“法拉第电磁感应定律”的理解深度，从而提高教学质量，任课老师们一般在课堂上播放电磁炮的相关视频，来对学生进行演示，这种方式缺少师生互动，其效果较为一般。市面上也已经有了不少探究电磁炮类的教具，但是它们绝大多数都是把结构和器件定死，用户无法改变实验参数进行探索性的实验。“电磁炮发射”只有现象，最多几个档位，几种炮弹。都是定性实验，无法进行定量研究。现有技术中由于线圈不能替换，则线圈匝数N无法改变；由于现有的这些器材强调趣味性强，出射速度要快，又不能有太高的成本，发射时的供电用的都是电容。则它在通电电流I为一个非均匀变化的变量，参考电容器的放电曲线，这样线圈对磁铁的作用力将非常复杂，高中阶段难以实现研究，不适合用于高中实验教学当中。

实用新型内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本实用新型提供一种定量探究线圈式电磁炮的实验装置，适用于高中阶段对电磁炮的原理进行一些定量的控制变量实验探究，以及对电磁炮的现象进行一些定性的展示分析。

2.技术方案：

一种定量探究线圈式电磁炮的实验装置，包括：直流学生电源、至少3根形状相同匝数不同的线圈、形状相同磁场强度不同的圆柱磁铁至少3根、光电门传感器、铁架台以及透明圆筒；所述圆柱磁铁的直径略小于透明圆筒的直径，所述圆柱磁铁能够放置于透明圆筒的中空部，作为电磁炮的出射子弹；所述线圈直径略大于透明圆筒的直径，所述线圈能够套接在透明圆筒的外表面；所述透明圆筒水平固定在铁架台上；所述光电门传感器安装于透明圆筒的出射口，用于检测由出射口出射的圆柱磁铁的速度；实验时，直流学生电源与线圈电连；所述透明圆筒可转动角度的固定在铁架台上；所述透明圆筒的一端表面套接线圈，透明套筒内部放置圆柱磁铁。

进一步地，所述透明圆筒表面设有长度的刻度。

进一步地，所述学生电源与线圈之间串联开关。

进一步地，所述光电门传感器通过无线通讯装置将采集的速度信息传输至电脑。

进一步地，所述直流学生电源输出不同的电压。

进一步地，所述透明圆筒与铁架台之间通过四爪夹可转动的连接。

3.有益效果：

（1）本实用新型中，采用实验室常见的铁架台，将透明圆筒固定在铁架台的水平横梁的一端并且作为电磁炮的炮筒结构，套接于该炮筒表面的线圈很方便的进行更换，解决了普通实验器无法让电磁炮模型进行定量实验的空白。

（2）本实用新型中，套接在线圈的匝数、电流大小等相关的物理量都能够实现自主控制调节，有助于采用控制变量法进行探究实验。