НАГЛЯДНОЕ ПОСОБИЕ ПО ФИЗИКЕ Российский патент 1997 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к учебным пособиям и приборам для демонстрации воздействий магнитного поля при изучении курса физики и может быть использовано в школах и других учебных учреждениях.

Известен учебный прибор по физике, состоящий из основания со стойкой, на которой закреплен диск с постоянными магнитами и ферромагнитными пластинами на них. При облучении тепловым потоком, поочередно поворачивая диск то одним, то другим постоянным магнитом с пластинами к потоку, наблюдают отделение пластин от магнитов. Отделение происходит в результате перехода различных материалов, из которых изготовлены пластины, через точку Кюри [1]
Недостатком данного прибора является недостаточное количество демонстрируемых магнитных явлений.

Известно наглядное пособие по физике, содержащее основание с размещенным на нем сменным экраном, выполненным в виде пластины и подвижно установленные по обе стороны экрана испытуемые образцы, из которых ведущий выполнен в виде сменного постоянного магнита [2]
Недостатком данного прибора является его сложность.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и расширение демонстрационных возможностей.

Указанный технический результат достигается тем, что известное наглядное пособие снабжено укрепленными на основании двумя стойками с продольными, обращенными один к другому пазами и опорами, установленными по обе стороны экрана и имеющими соосно расположенные в них валы, при этом ведущий и ведомый образцы посредством соединительных средств укреплены на концах валов, обращенных к экрану, свободные концы валов снабжены соответственно приводом и исполнительным органом, причем по меньшей мере одна из опор установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и возвратно-поступательного перемещения, ведомый образец выполнен в виде сменного постоянного магнита, экран расположен в пазах стоек, а основание изготовлено из немагнитного материала. Пособие также может быть снабжено планкой с продольным пазом, один конец которой укреплен на основании посредством винта с возможностью вращения вокруг него, при этом в основании одной из опор выполнен выступ для размещения в пазу пленки с возможностью перемещения вдоль нее. Планка имеет линейную шкалу, а связанная с ней опора метку, например, треугольной формы, при этом на основании нанесены линии, одна из которых проходит вдоль его продольной оси, а две другие через ось вращения планки под углом 30^o и 60^o к продольной оси. Каждое соединительное средство включает пластину, укрепленную на валу резьбовым соединением, при этом постоянные магниты связаны с пластинами посредством клея. Один из экранов выполнен состоящим из двух слоев прозрачного материала, между которыми в зоне расположения магнитов выполнена полость, заполненная ферромагнитным порошком.

На чертеже показан общий вид предлагаемого наглядного пособия по физике.

На горизонтальном основании 1 из немагнитного материала укреплены две стойки 2 с вертикальными пазами, обращенными друг к другу. В пазы устанавливают экраны 3 из магнитных или немагнитных материалов. На чертеже показана прозрачный экран из немагнитного материала со шкалой для измерения величины углов отставания ведомого магнита 13 от ведущего 6 при их вращении. С одной стороны от экрана прикреплена неподвижно к основанию опора 4, в которой установлена ось 5 с возможностью вращения. На одном конце оси 5, обращенном к экрану, установлен посредством резьбы постоянный магнит 6 (ведущий), а на другом конце ручка 7. С другой стороны от экрана 3 на основании 1 установлена планка 8 с возможностью вращения вокруг оси 9. Для определения углового положения планки на плоскости основания нанесены осевая линия и линия 10 под углом 30^o и 60^o к осевой. На планку 8 посредством соединения "шип-паз" установлена опора 11 с возможностью перемещения вдоль планки. Для определения величины линейного перемещения опоры 11 на последней имеется метка треугольной формы, а планка 8 снабжена миллиметровой шкалой. В опору 11 установлена ось 12 с возможностью вращения. На одном конце оси 12, обращенном к экрану, посредством резьбы установлен магнит 13 (ведомый), а на другом - шкив 14 (исполнительный механизм). Крепление магнитов 6 и 13 посредством резьбы к осям, соответственно, 5 и 12, осуществлено при помощи немагнитных пластин 15, имеющих резьбовое отверстие и приклеенных к указанным магнитам. Оси 5 и 12 и магниты 6 и 13 установлены соосно и параллельно основанию 1.

Вместо ручного привода возможна установка электродвигателя и приведение ведущего магнита во вращение посредством, например, ременной передачи.

Наглядное пособие действует следующим образом.

При вращении ведущего магнита 6, в случае, когда экран 3 не установлен, ведомый магнит 13 совместно со шкивом 14 синхронно вращается в том же направлении. Угловое положение одного магнита относительно другого может устанавливаться поворотом планки 8. Изменение расстояния между магнитами достигается передвижением опоры 1 вдоль планки 8. При отсутствии экрана взаимодействие магнитов посредством магнитных полей происходит через воздух, который является газообразным парамагнетиком. Магнитное поле между магнитами практически не изменяется. Аналогичное воздействие магнитов осуществляется при установке между ними экранов из твердого парамагнетика, например алюминия, текстолита или других немагнитных материалов.

При установке между магнитами экрана 3 из магнитного материала, например стали, взаимодействие полей постоянных магнитов прекращается. Магнитные поля концентрируются в экране, происходит экранирование одного поля от другого и ведомый магнит при вращении ведущего остается неподвижным.

Отставание ведомого магнита 13 от ведущего 6 при вращении последнего зависит от расстояния между магнитами, т.е. силы магнитного взаимодействия, величины нагрузки, приложенной к шкиву (полезной нагрузки), и силы трения оси магнита в опоре (силой трения шкива и магнита о воздух можно пренебречь). Величина угла отставания ведомого магнита 13 от ведущего 6 определяется при помощи прозрачного экрана 3 со шкалой для измерения величин углов.

Демонстрационный показ на предлагаемом наглядном пособии взаимодействия магнитных полей, создаваемых двумя постоянными магнитами пластинчатой формы из любого материала, может осуществляться при различных условиях:
при соосном расположении магнитов;
при расположении магнитов под разными углами;
при различном расстоянии между магнитами;
в зависимости от материала, из которого изготовлены магниты;
в зависимости от материала, из которого изготовлены экраны.

Показ учащимся действия магнитных полей с помощью наглядного пособия раскрывает следующие возможности области технического применения магнетизма:
бесконтактная передача движения;
передача движения под разными углами;
передача движения через экран из различных материалов.

передача движения через экран в вакуум, агрессивную среду и т.п.

экранирование магнитных полей.

Демонстрационный показ помогает учащимся понять принципы действия механизмов и устройств с магнитной связью, как, например, магнитных муфт, редукторов, подшипников и др. работающих в различных отраслях народного хозяйства.

Использование: в учебном процессе для демонстрации воздействия магнитного поля при изучении курса физики. Сущность: испытуемые образцы расположены по обе стороны экрана и выполнены в виде сменных постоянных магнитов. Экран выполнен сменным и расположен в пазах стоек. Образцы посредством соединительных средств укреплены на концах валов, обращенных к экрану. Свободные концы валов снабжены приводом и исполнительным органом. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Наглядное пособие по физике, содержащее основание с размещенным на нем сменным экраном, выполненным в виде пластины и подвижно установленные по обе стороны экрана испытуемые образцы, из которых ведущий выполнен в виде сменного постоянного магнита, отличающееся тем, что оно снабжено укрепленными на основании двумя стойками с продольными, обращенными один к другому пазами и опорами, установленными по обе стороны экрана и имеющими соосно расположенные в них валы, при этом ведущий и ведомый образцы посредством соединительных средств укреплены на концах валов, обращенных в экрану, свободные концы валов снабжены соответственно приводом и исполнительным органом, причем по меньшей мере одна из опор установлена с возможностью вращения вертикальной оси и возвратно-поступательного перемещения, ведомый образец выполнен в виде сменного постоянного магнита, экран расположен в пазах стоек, а основание изготовлено из немагнитного материала. 2. Пособие по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено планкой с продольным пазом, один конец которой укреплен на основании посредством винта с возможностью вращения вокруг него, при этом в основании одной из опор выполнен выступ для размещения в пазу планки с возможностью перемещения вдоль нее. 3. Пособие по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что планка имеет линейную шкалу, а связанная с ней опора, метку, например, треугольной формы, при этом на основании нанесены линии, одна из которых проходит вдоль его продольной оси, а две другие через ось вращения планки под углом 30 и 60^o к продольной оси. 4. Пособие по пп. 1 3, отличающееся тем, что каждое соединительное средство включает пластину, укрепленную на валу резьбовым соединением, при этом постоянные магниты связаны с пластинами посредством клея. 5. Наглядное пособие по пп. 1 4, отличающееся тем, что один из экранов выполнен состоящим из двух слоев прозрачного материала, между которыми, в зоне расположения магнитов, выполнена полость, заполненная ферромагнитным порошком.