基本信息
- 项目名称：
- 立体磁场的显示
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 主要讲述了关于显示立体磁场的现有方法，和作者自己研究出来的显示立体磁场的方法。
- 详细介绍：
- 本文首先对已有的显示磁场的方法做了介绍和分析，从基础到高级分别介绍了磁场的平面和立体的显示方法，并作了优缺点的分析。从而引出“豆粒囊”等显示立体磁场的仪器方法，同样分析其优缺点，并提出改进方案。在对显示立体磁场的方法进行叙述的过程中对方法的基本原理作了较详细的分析。 豆粒囊：功能性名称“万用立体磁场显示器”适用于教学与科研。 仪器描述：立方体透明容器中装满了直径为1-2cm的透明空心小球，每个小球内都放有小磁针。小磁针是简单的放置在小球中的，与小球没有任何连结。立方体透明容器用有机玻璃围成，有盖。小磁针要尽量轻，以减小重力的影响，小磁针可在较小力的作用下，在小球内以任意角度转动。容器内的“豆粒”（内放小磁针的小球）单元数量较大。 器材功能及特点：显示立体磁场时，只需将磁体放在立方体容器的中间位置，即“豆粒”群的中心位置，由于“豆粒”是堆放在一起的，保证了任意形状的磁体放入后，“豆粒”可紧贴磁体边缘，而不用考虑由于磁体形状的不同而制作各种“囊”内的中空形状。这是豆粒可流动性的优点。另外把小磁针放入小球中，是为了把小磁针固定于空间一点（磁体放好后，密封容器，则豆粒的可流动性被遏制）且能指向空间的任意方向。此时磁场作用于球内小磁针，小磁针所在空间该点的磁场方向就随着小磁针的转动而显示出来，每个豆粒都是如此占据磁体周围空间上一位置并显示其磁场方向。这样磁体的磁场就会立体的呈现在我们面前。相当于液体中悬浮的铁屑，但此时的“铁屑”却只能转动而不能水平或竖直地移动。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目前，中高级学校的磁场显示仪器大多停留在只能平面的演示磁场，但是，磁场是存在于三维空间内，而且是看不见摸不着的物质，所以要对磁场有一个完整的感性认识，我们必须考虑设计一种能够显示立体磁场的仪器。 我设计从以下入手：实现真正的三维空间显示，适合于任意形状的磁铁、电磁铁。磁感应线清晰明了基本实现“即放即显示”用时短；材料工艺成本较低，适合普遍推广。体积较小，方便携带可长时间反复使用。
科学性、先进性及独特之处
- 1、不但可以显示任何立体形状的磁铁，对于每种磁铁都像是“量身定做”一样。 2、显示磁场的小磁针在磁铁周围大量紧密分布，基本上照顾到了磁铁周围的每一个点。 3、每颗“豆粒”中的小磁针都可以绕某固定点任意转动，没有死角，是实验更有说服力。 4、利用小球的流动性代替液体中铁屑的流动性，而且这个“豆粒囊”的大小可以任意放大或缩小（视需要而定），只要改变“豆粒”的多少就行了
应用价值和现实意义
- 现在，市场上甚至是老师们自己动手制作出来的立体磁场的显示仪器有很多缺陷，比如：显示不够全面（只在空间选取几个交叉的面来代替三维空间）；准备材料繁琐携带不方便，不适合反复利用等等。还有一种显示效果较好较全面，目前多用于工程，就是利用霍尔效应的原理，通过磁场传感器及计算机编程来显示立体磁场。但是这种显示立体磁场的设备较庞大而且成本较高，所以不适合广泛使用。
学术论文摘要
- 豆粒囊：功能性名称“万用立体磁场显示器”适用于教学与科研。 仪器描述：立方体透明容器中装满了直径为1-2cm的透明空心小球，每个小球内都放有小磁针。小磁针是简单的放置在小球中的，与小球没有任何连结。立方体透明容器用有机玻璃围成，有盖。小磁针要尽量轻，以减小重力的影响，小磁针可在较小力的作用下，在小球内以任意角度转动。容器内的“豆粒”（内放小磁针的小球）单元数量较大。 器材功能及特点：显示立体磁场时，只需将磁体放在立方体容器的中间位置，即“豆粒”群的中心位置，由于“豆粒”是堆放在一起的，保证了任意形状的磁体放入后，“豆粒”可紧贴磁体边缘，而不用考虑由于磁体形状的不同而制作各种“囊”内的中空形状。这是豆粒可流动性的优点。另外把小磁针放入小球中，是为了把小磁针固定于空间一点（磁体放好后，密封容器，则豆粒的可流动性被遏制）且能指向空间的任意方向。此时磁场作用于球内小磁针，小磁针所在空间该点的磁场方向就随着小磁针的转动而显示出来，每个豆粒都是如此占据磁体周围空间上一位置并显示其磁场方向。这样磁体的磁场就会立体的呈现在我们面前。相当于液体中悬浮的铁屑，但此时的“铁屑”却只能转动而不能水平或竖直
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 田广金．浅谈对磁感线的理解[J]．中学物理．2005.3． [2] 梁志国 李桂福．义务教育课程实验教科书物理[M]．北京：赖德胜．北京师范大学出版社．2004.6． [3] 李振祥．制作磁感线模型[J]．中学物理．2005.6． [4] 张帮明．用画写板演示磁场分布[J]．实验教学与仪器．2008.2． [5] 绳长建．自制立体磁场演示器[J]．实验教学与仪器．2008.2． [6] 王鸣阳．磁无所不在[J]．科学世界．2008.2．
同类课题研究水平概述
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