一種電磁學磁力演示裝置的制作方法

本發明涉及電磁演示設備技術領域，具體為一種電磁學磁力演示裝置。

背景技術：

電磁學是物理學的一個分支，起源于近代。廣義的電磁學可以說是包含電學和磁學，但狹義來說是一門探討電性與磁性交互關系的學科，在初中高中時都會涉及到電生磁和磁生電的的教學，老師一般都會進行磁生電和電生磁得出演示，所使用的設備一般都是手工制作，裝置顯得較為簡陋，并且受外界干擾較大，效果相對較差。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種電磁學磁力演示裝置，以解決上述背景技術中提出的裝置較為簡陋，受外界干擾較大，效果相對較差的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種電磁學磁力演示裝置，包括裝置本體；所述裝置本體內部安裝有電生磁裝置，所述電生磁裝置上側安裝蓄電池，所述蓄電池上側安裝有運行開關，所述蓄電池通過導線與滑動變阻器連接，所述電生磁裝置內部安裝有鐵塊，所述鐵塊外側纏繞有導線，所述導線一端與蓄電池連接，所述鐵塊一側安裝有磁針，所述裝置本體內部安裝磁生電裝置，所述磁生電裝置內部安裝有磁鐵，所述磁鐵上側焊接有活動桿，所述磁鐵正下方安裝有線圈，所述線圈兩端通過導線與燈泡構成回路，所述裝置本體外側安裝有絕緣外殼，所述裝置本體內側涂有防靜電層。

優選的，所述磁生電裝置內部安裝有檢流計，所述檢流計通過導線與線圈串聯。

優選的，所述電生磁裝置內部安裝有檢測電源，所述檢測電源通過導線與燈泡進行串聯。

優選的，所述磁鐵頂端安裝有彈簧，所述彈簧一端與絕緣外殼連接。

優選的，所述電生磁裝置內部安裝有電流轉換裝置，所述電流轉換裝置通過導線與蓄電池電性連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：檢流計可以檢測微弱電量用的高靈敏度的機械式指示電表，用于電橋、電位差計中作為指零儀表，也可用于測微弱電流、電壓以及電荷等，當磁生電裝置電流較為弱勢可以通過檢流計進行檢測電流，檢測電源可以對磁生電內部的電路進行檢測，防止由于內部電路問題影響實驗結果，當活動桿按下時彈簧伸張，松開活動桿時，彈簧可以幫助磁鐵迅速復位，進行下一輪實驗，電流轉換器可以對磁生電裝置內部的電流方向進行轉換，以驗證不同方向的電流所產生的電流效果。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的內部結構示意圖；

圖3位本發明的檢流計結構示意圖。

圖中：1-裝置本體；2-運行開關；3-電流轉換裝置；4-滑動變阻器；5-活動桿；6-玻璃窗；7-檢測電源；8-絕緣外殼；9-電生磁裝置；10-防靜電層；11-導線；12-鐵塊；13-磁針；14-磁鐵；15-線圈；16-彈簧；17-檢流計；18-燈泡；19-磁生電裝置；20-蓄電池；31-背板；32-識別標志。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1和圖2，本發明提供的一種實施例：一種電磁學磁力演示裝置，包括裝置本體1；裝置本體1內部安裝有電生磁裝置9，電生磁裝置9上側安裝蓄電池20，蓄電池20上側安裝有運行開關2，蓄電池20通過導線11與滑動變阻器4連接，電生磁裝置9內部安裝有鐵塊12，鐵塊12外側纏繞有導線11，導線11一端與蓄電池20連接，鐵塊12一側安裝有磁針13，裝置本體1內部安裝磁生電裝置19，磁生電裝置19內部安裝有磁鐵14，磁鐵14上側焊接有活動桿5，磁鐵14正下方安裝有線圈15，線圈15兩端通過導線11與燈泡18構成回路，裝置本體1外側安裝有絕緣外殼8，裝置本體1內側涂有防靜電層10。

磁生電裝置19內部安裝有檢流計17，檢流計17通過導線11與線圈15串聯，當電量為弱勢可以通過檢流計進行檢測。

特別的，檢流計17還連接有背板31，所述背板31涂有一個或多個識別標志32，所述識別標志32優選為長條形，當檢流計處于正常工作狀態時，所述識別標志32的長邊與水平面的夾角大于第一閾值小于第二閾值，其中，第一閾值優選為-5°，第二閾值優選為5°。

電生磁裝置9內部安裝有檢測電源7，檢測電源7通過導線11與燈泡18進行串聯，可以對電路進行簡單的檢測。

磁鐵14頂端安裝有彈簧16，彈簧16一端與絕緣外殼8連接，可以幫助磁鐵快速復原。

電生磁裝置9內部安裝有電流轉換裝置3，電流轉換裝置3通過導線11與蓄電池20電性連接，可以進行電流方向的轉換。

具體實施方式：電生磁裝置9演示時通過蓄電池20進行供電，滑動變阻器4可以改變運行電流的大小，通過纏繞有導線11的鐵塊12產生磁場帶動磁針13進行轉動，電流轉換裝置3可以對磁生電裝置19內部的電流方向進行轉換，以驗證不同方向的電流所產生的電流效果，磁生電裝置19演示時通過向下按動活動桿5，使得磁鐵14在線圈15內部往復運動，產生電流，使得燈泡18亮起，檢流計17可以檢測微弱電量用的高靈敏度的機械式指示電表，用于電橋、電位差計中作為指零儀表，也可用于測微弱電流、電壓以及電荷等，當電流較為弱勢可以通過檢流計17進行檢測電流，檢測電源7可以對磁生電裝置19內部的電路進行檢測，防止由于內部電路問題影響實驗結果，當活動桿5按下時彈簧16伸張，松開活動桿5時，彈簧16可以幫助磁鐵14迅速復位，進行下一輪實驗。

當演示裝置中的檢流計為磁電系檢流計時，需要將檢流計保持水平位置以降低反抗力矩，本發明提供一種方法監測檢流計是否處于水平位置：

步驟000：提供如實施例一所示的電磁學磁力演示裝置以及帶有攝像頭和陀螺儀的手機；

步驟100：使用手機拍攝包括至少一個識別標志32的圖像；

步驟200：分割所述識別標志32的圖像，根據手機的陀螺儀信息，修正所述識別標志32圖像；修正所述檢流計17圖像主要是考慮手機拍攝時本身不處于水平狀態，容易引起誤差，所以需要將圖像轉化為手機在水平狀態時拍攝的坐標之下，例如手機在倒置的情況下拍攝圖像，那么修正時就要將圖像整個翻轉；

步驟300：獲取步驟200中所述識別標志32圖像的邊界曲線；

步驟400：根據所述識別標志32的邊界曲線，判斷所述檢流計17與水平面的夾角，具體方法為：

建立縱坐標軸垂直于地平面的直角坐標系，選取識別標志32邊界曲線上的橫坐標最大值最小值記為x_max和x_min，另分別取檢流計17邊界曲線上橫坐標為x_min、x_max的點，其中m為橫坐標的個數，由用戶自定義，優選為20；每組橫坐標相同的點中選取縱坐標最大和最小的點，總數設為n個，坐標分別記為(x_1x,y_1y)、(x_2x,y_2y)...(x_nx,y_ny)，其中第i個點的坐標為(x_ix,y_iy)，求以這n個點為頂點的多邊形重心O的坐標(x_o,y_o)，計算公式為：

記識別標志32邊界曲線上橫坐標為x_min和橫坐標為x_max的點分別為X₁(x_min,y_X1)和X₂(x_max,y_X2)，選取識別標志32邊界曲線上的縱坐標最大值最小值記為y_max和y_min，識別標志32邊界曲線上縱坐標為y_min和縱坐標為y_max的點分別為Y₁(x_Y1,y_min)和Y₂(x_Y2,y_max)，連接直線X₁O和直線X₂O，計算直線X₁O和直線X₂O與坐標橫軸之間夾角的差距E₁，計算公式為：

如果夾角差距E₁落在區間之中，那么連接直線Y₁O和直線Y₂O，計算直線Y₁O和直線Y₂O與坐標橫軸之間夾角的差距E₂，計算公式為：

如果夾角差距E₂落在區間之中，那么連接直線X₁X₂和Y₁Y₂可以得到交點A，作角X₁AY₁的角平分線記為Z，計算直線Z與縱坐標軸的夾角即為識別標志32長邊與水平面的夾角，也可以視為檢流計17與水平面的夾角，計算公式為：

計算直線直線X₁O和直線X₂O與坐標橫軸之間夾角的差距的意義在于：如果夾角差距E₁落在區間之中，說明X₁,O,X₂三點基本在一條直線上，可以視為識別標志32的一條對角線；如果夾角差距E₂落在區間之中，說明Y₁,O，Y₂三點基本在一條直線上，可以視為識別標志32的另一條對角線，進而可以根據兩條對角線確定識別標志32長邊與水平面夾角也就是檢流計17與水平面的夾角(或者稱為檢流計17的傾斜角度)，防止選點錯誤引起的夾角計算錯誤，保證了方法的正確性，提高了方法的效率；

通過判斷檢流計17與水平面的夾角，可以確定檢流計17的狀態，如果檢流計17與水平面的夾角較大，說明反抗力矩較大，需要重新調整位置；如果檢流計17與水平面的夾角較小，說明反抗力矩合適，可以進行演示；通過對檢流計17與水平面的夾角進行判斷，可以確定演示裝置是否需要重新調校，從而既保證了演示的正確性，又能及時調校演示裝置，提高工作效率。

當識別標志清晰并且無遮擋的時候，可以使用識別標志的長邊直接作為監測檢流計傾斜角度的標準，但是實際應用中經常遇到識別標志各種原因而不清晰，出現斷點或者被遮擋，這種情況下需要進一步對方法進行改進。

進一步的，如果識別標志32邊界曲線上橫坐標為x_min的點有兩個或者更多個，說明識別標志32可能被遮擋，此時可以對識別標志32坐標進行修正，修正方法為：

記橫坐標為x_min的點有k個，坐標分別為(x_min,y′₁)、(x_min,y′₂)...(x_min,y′_k)，其中縱坐標最大值和最小值分別為y′_max和y′_min，計算橫坐標為x_min的點的縱坐標平均值

其中y′_l為第l個橫坐標為x_min的點的縱坐標；

依次比較橫坐標為x_min的點的縱坐標與縱坐標平均值的大小，若大于縱坐標平均值的點的個數與小于縱坐標平均值的點的個數相等，則選定點作為點X₁(x_min,y_X1)；

若大于縱坐標平均值的點的個數與小于縱坐標平均值的點的個數不相等，說明邊界曲線可能存在斷點，而且斷點的分布不均勻，此時修正橫坐標為x_min的點的縱坐標為：

其中l_min為橫坐標為x_min且縱坐標小于縱坐標平均值的點的數量，l_max為橫坐標為x_min且縱坐標大于縱坐標平均值的點的數量。

增加對識別標志32邊界曲線坐標修正方法的優點在于：能夠在識別標志32不清晰或者被遮擋的情況下，判斷識別標志32邊界的極點坐標，方便了識別標志32與水平面夾角的計算，使得本方法能夠適用于復雜的操作環境，提高了方法的健壯性、容錯性以及計算效率。

步驟500：如果識別標志32長邊與水平面的夾角大于第一閾值并且小于第二閾值，那么可以進行演示，如果標志32長邊與水平面的夾角小于第一閾值或者大于第二閾值，那么重新調校演示裝置；

其中，第一閾值優選為-5°，第二閾值優選為5°。

通過對檢流計16傾斜角度進行監測，可以快速的了解演示裝置的檢流計是否處于正確的工作狀態，并且可以根據結果對檢流計進行調校，從而保證了演示的正確性，提高了工作效率。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。