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申请/专利权人：齐齐哈尔大学

摘要：一种电解液空间凹凸液面的双向洛伦兹力演示方法，属于物理实验领域，主要由盛液装置、环电极、电源、磁铁、阴极柱形电极和泡沫铁磁质小球构成，其特征是：盛液装置是直径10cm的透明塑料培养皿，环电极固定于盛液装置内侧底部，环电极与电源正极相连，所述的电源是直流电源、或者超低频低压电源，所述的磁铁是两个同心环形磁体a与环形磁体b，所述的泡沫铁磁质小球是塑料泡沫小球的外层均匀布满粘贴铁粉颗粒，三种类型；解决了空间磁场强弱直观分布的电解液面为凹凸液面的洛伦兹力现象演示，也演示了氢氧根离子在电场与磁场的作用下运动规律，着重解决两个磁极致使电解液液面布满的泡沫铁磁质小球集体呈现凹凸液面的双向洛伦兹力演示的方法。

主权项：1.一种电解液空间凹凸液面的双向洛伦兹力演示装置，装置主要由盛液装置、环电极、电源、环形磁体a与环形磁体b、或者U形磁体、柱形电极、绝缘包皮导线、大号泡沫球d和全同泡沫铁磁质小球构成，其特征是：盛液装置是直径为10cm的透明塑料培养皿，且在侧面画出等高线，相邻等高线的间隔宽度为1mm，用于观察盛放电解液NaCL的饱和水溶液和全同泡沫铁磁质小球的位置；所述的盛液装置置于环形磁体a与环形磁体b上方；所述环电极固定于盛液装置内侧底部，环电极与电源正极相连，所述的电源是可以改变输出电流电压的直流电源，或者超低频电源，环电极直径略小于盛液装置的内直径，环电极是等间距去掉绝缘包皮的铜导线制成的环形电极，所述的柱形电极是导电碳棒，柱形电极垂直固定在盛液装置中心处，柱形电极的轴心延长线过盛液装置中心和环形磁体a的中心，柱形电极外表面沿着柱体母线方向等间距覆盖绝缘薄膜；所述的绝缘包皮导线的一端固定柱形电极、环电极上，绝缘包皮导线的另一端与电源开关相连接，柱形电极垂直固定在盛液装置底面中心处，柱形电极的轴心延长线过盛液装置中心和环形磁体a的中心，所述的柱形电极的轴心延长线与环形磁体a的中心轴和环形磁体b的中心轴重合；环形磁体a与环形磁体b的磁化方向沿着轴线方向，环形磁体a和环形磁体b磁极反向且之间由餐巾软纸压实隔离固定；环形磁体a与环形磁体b的磁极朝向相反放置在铁盘上并吸附在铁盘上，或用热熔胶固定在铁盘上；盛液装置的侧面以盛液装置的中心轴为对称轴对称固定着4个固定环，两个相同的竖直杆竖直固定在水平放置的铁盘上，竖直杆穿过固定环，所述的固定环的侧面有螺纹孔由与螺纹孔相匹配的螺栓穿过螺纹孔固定竖直杆，也就是固定盛液装置处于环形磁体a与环形磁体b上方的水平状态，竖直杆的外径与固定环的内径相匹配，在竖直杆上标有刻度用于记录盛液装置与环形磁体a与环形磁体b的竖直间距，根据实验需要调节盛液装置与环形磁体a与环形磁体b的间距，环形磁体a与环形磁体b在盛液装置的正下方，使盛液装置的电解液液面布满一层漂浮的全同泡沫铁磁质小球呈现凹凸曲面的几何形状；所述的全同泡沫铁磁质小球是直径1mm左右微颗粒塑料泡沫小球的外层均匀布满粘贴铁粉颗粒或者地热管道三通阀里面的沉积粉末，微颗粒塑料泡沫小球的外表面就固定了铁磁性材料，称为：a型全同泡沫铁磁质小球，保证粘贴后的全同泡沫铁磁质小球浸电解液后的平均密度仍然明显小于盐水的密度；所述的全同泡沫铁磁质小球还包括在泡沫小球外布满粘贴的铁粉或地热沉积粉末外表面再电镀一层薄铝膜，这样制成的全同泡沫铁磁质小球外表是导体层，称为：b型全同泡沫铁磁质小球；所述的全同泡沫铁磁质小球还包括用熔化石蜡在泡沫小球外布满粘贴的铁粉或地热沉积粉末外表面包裹一层，制成的全同泡沫铁磁质小球是外表绝缘的全同泡沫铁磁质小球，称为：c型全同泡沫铁磁质小球；所述的b型全同泡沫铁磁质小球和c型全同泡沫铁磁质小球平均密度均明显小于盐水的密度；大号泡沫球d是直径较大的泡沫塑料球，密度小于盐水液体密度，其直径略小于环形磁体a和环形磁体b之间的间隙；实验演示方法：前期实验准备，将盛液装置放置于环形磁体a与环形磁体b的上方一定位置处于水平固定于竖直杆上，并将环电极固定于盛液装置内侧底部，环电极连接直流电源正极，柱形电极连接直流电源负极，在盛液装置中加入电解液，电解液要浸没环电极，调节盛液装置与环形磁体a与环形磁体b的间距使得电解液液面布满漂浮的全同泡沫铁磁质小球整体集合呈现的明显的凹凸曲面的几何形状；也就是控制环形磁体a与环形磁体b和电解液间距及电解液的量，使凹凸曲面的最高和最低高度差在3mm以上肉眼能分辨即可，在电解液表面上对应环形磁体a与环形磁体b之间放置一个大号泡沫球d；为了记录方便，把录像设备架起来镜头正对整个装置开始录像；实验1、在直流电源的情况下，接通电源开关，环电极接电源正极，柱形电极连接直流电源负极，在没有加环形磁体a与环形磁体b前，电解液上面全同泡沫铁磁质小球没有明显运动趋势；加环形磁体a与环形磁体b后，在环形磁体b的S极上面的a型全同泡沫铁磁质小球随着电解液流顺时针转动，在环形磁体a的N极a型全同泡沫铁磁质小球随着电解液流逆时针转动；也就是从凹凸曲面的几何形状空间分布看，在电解液表面液面最低凹曲处处，a型全同泡沫铁磁质小球环绕转动角速度大；在环形磁体a与环形磁体b之间对应的电解液表面处于水平面处几乎看不到a型全同泡沫铁磁质小球环绕运动，这是一个环绕方向改变的过渡带；实验2、在直流电源的情况下，接通电源开关，环电极接电源正极，柱形电极连接直流电源负极，用马蹄形磁体代替环形磁体a与环形磁体b，马蹄形磁体的两个极N极和S极，磁极在磁体的两端面处，柱形电极仍处于盛液装置中心，所呈现的漂浮的a型全同泡沫铁磁质小球的集合整体呈现凹凸曲面的几何形状与环形磁体a与环形磁体b情形不同；接通电源开关后，观察到a型全同泡沫铁磁质小球随着电解液流从对应N极处逆时针转动与从对应S极处顺时针转动，导致在两磁极之间的电解液相对于接通电源开关前上涌或下凹；实验3、在直流电源的情况下，对b型全同泡沫铁磁质小球和c型全同泡沫铁磁质小球，分别重复实验1和实验2的操作过程，观察记录并通过电脑比对实验现象；实验4、将实验1、实验3中的所述的直流电源换成超低频电源，也就是将所述的全同泡沫铁磁质小球分别使用a型全同泡沫铁磁质小球、b型全同泡沫铁磁质小球和c型全同泡沫铁磁质小球重复实验1、实验3的操作过程，超低频电源的频率从最低频率逐渐增加，观察记录频率在最低档位时和高档位时的电解液面及全同泡沫铁磁质小球7运动规律，并通过电脑比对a型全同泡沫铁磁质小球、b型全同泡沫铁磁质小球和c型全同泡沫铁磁质小球的实验现象；实验5、把全同泡沫铁磁质小球替换为全同泡沫铁磁质小柱状体，所述的全同泡沫铁磁质小柱状体是泡沫柱状体的下端固定铁磁质材料，也就是全同泡沫柱状体重心在全同泡沫柱状体浮力中心下方，泡沫柱状体可以在电解液中竖直漂浮，在电解液面上离散着竖直放置一层全同泡沫铁磁质小柱状体，将环形磁体a与环形磁体b在盛液装置的底部时全同泡沫柱状体的上表面的集合形成空间曲面，全同泡沫柱状体的高度保证不能全部浸没，下表面也不能触及盛液装置的内底面，也就是保持悬浮，代表着磁场空间强弱分布，重复实验1和实验2操作过程；实验6、接通电源开关，环电极接电源正极，柱形电极连接直流电源负极；在接通直流电源前，在盛液装置中装一定量的电解液为NaCL的水溶液，将酚酞溶液加入NaCL的水溶液中搅拌均匀，液面静止后加入一层全同泡沫铁磁质小球，加环形磁体a与环形磁体b调整环形磁体a与环形磁体b与盛液装置的距离，使电解液液面的全同泡沫铁磁质小球集合形成明显凹凸空间曲面，把录像设备架起来镜头正对整个装置在镜头的视野范围内清晰可见，开始录像；接通直流电源开关后，改变电源输出电压，观察红色线束运动，与全同泡沫铁磁质小球的运动比对分析；实验7、在实验6中电源换为超低频电源，重复实验6操作过程演示，观察现象，把直流电源换成超低频电源除了会看到实验4的现象，同时还会看到从柱形电极到环电极之间红色线条周期性的方向运动，也就是红色线条从柱形电极向环电极，又从环电极向柱形电极运动的周期性往复运动；实验还包括：实验时，将环形磁体a和环形磁体b之上放置带有透明密封盖的盛液装置，两条绝缘包皮导线的一头连接在电源开关，另一头穿过盛液装置分别与柱形电极和环电极连接密封，实验的时候防止有害气体溢出，也便于携带且不溢出电解液。

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