專利名稱：便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。具體是一種將多種實(shí)驗(yàn)裝置組合在一個(gè) 箱體中的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。
背景技術(shù)：
在對學(xué)生進(jìn)行電學(xué)教學(xué)時(shí)需作多種實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有的電學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置有多達(dá)近 10種，有的需用低壓電源，有的需高壓直流電源，只能在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)演示。無
法在一般教室內(nèi)給學(xué)生演示。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是可服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種將多種物理實(shí)驗(yàn)裝 置組合在一個(gè)箱體中的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。體積小，造價(jià)低，功能強(qiáng)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 一種便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，包括箱體， 在箱體內(nèi)裝有用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的小型靜電場描繪裝置、小型靜電除塵實(shí)驗(yàn)裝置、小 型鳥籠演示靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)裝置小型、小型靜電滾筒實(shí)驗(yàn)裝置、小型靜電擺球?qū)嶒?yàn)
裝置、小型靜電植絨實(shí)驗(yàn)裝置、小型平行板電容器場強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)裝置、小型避雷 針放電及尖端放電實(shí)驗(yàn)裝置、小型聲光控制演示裝置和向上述各實(shí)驗(yàn)裝置提供電 源的高、低壓雙路輸出電源；
所述雙路輸出電源包括高頻高壓電源和低壓直流電源兩部分；高壓電源，推 動(dòng)放大電路,并聯(lián)連接在高壓電源和推動(dòng)放大電路間的控制單元、震蕩電路和顯 示單元，與推動(dòng)放大電路連接的升壓倍壓單元組成高頻高壓電源。
本實(shí)用新型的積極效果是高低壓雙路輸出電源能輸出高壓和低壓兩種電 壓，能滿足各種物理實(shí)驗(yàn)電源的要求。各種實(shí)驗(yàn)裝置均為小型，組合放置在一個(gè) 箱體內(nèi)方便攜帶。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖l是本實(shí)用新型原理示意圖； 圖2是高、低壓雙路輸出電源電原理框圖-圖3是靜電場描繪裝置示意圖； 圖4是靜電除塵實(shí)驗(yàn)裝置示意圖4-1是靜電除塵實(shí)驗(yàn)裝置點(diǎn)燃蚊香的除塵示意圖； 圖5是鳥籠演示靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)裝置示意圖； 圖6是靜電滾筒實(shí)驗(yàn)裝置示意圖； 圖7是靜電擺球?qū)嶒?yàn)裝置示意圖； 圖8是靜電植絨實(shí)驗(yàn)裝置示意圖； 圖9是平行板電容器場強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)裝置示意圖； 圖IO是避雷針放電及尖端放電實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；


圖11是聲光控制演示裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
如
圖1所示，便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱包括箱體11，在箱體內(nèi)裝有用
于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的靜電場描繪裝置2、靜電除塵實(shí)驗(yàn)裝置3、鳥籠演示靜電屏蔽實(shí)驗(yàn) 裝置4、靜電滾筒實(shí)驗(yàn)裝置5、靜電擺球?qū)嶒?yàn)裝置6、靜電植絨實(shí)驗(yàn)裝置7、平行 板電容器場強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)裝置8、避雷針放電及尖端放電實(shí)驗(yàn)裝置9、聲光控制演 示裝置IO和向上述各實(shí)驗(yàn)裝置提供電源的高、低壓雙路輸出電源1。
如圖2所示，所述雙路輸出電源包括高頻高壓電源和低壓直流電源兩部分； 高壓電源1-1，推動(dòng)放大電路l-5，并聯(lián)連接在高壓電源1-1和推動(dòng)放大電路1-5間 的控制單元1-2、震蕩電路1-3和顯示單元1-4，與推動(dòng)放大電路連接的升壓倍壓 單元l-6組成高頻高壓電源。 '
其中高頻高壓電源各單元的功能為控制電路起調(diào)整輸出電壓和開關(guān)電路的 作用。震蕩電路把直流變換成18-20KH的高頻，由推動(dòng)單元放大電路與控制電 路結(jié)合調(diào)整輸出。升壓、倍壓單元是把推動(dòng)電路輸出的高頻交流電升壓至5000V 左右的高頻高壓，再由倍壓整流電路升壓至100KV的直流負(fù)壓，由高壓線輸出。 本高、低壓雙路輸出電源輸出的兩種電壓完全能滿足各種實(shí)驗(yàn)裝置的需要。
如圖3所示，靜電場描繪裝置2采用的是導(dǎo)電碳紙2-5，其上連接有電壓表 2-4，在導(dǎo)電炭紙的兩側(cè)用導(dǎo)電炭紙上按裝的正極接線柱2-1和負(fù)極接線柱2-3與 12V低壓電源連接，在導(dǎo)電碳紙上還連接能移動(dòng)的指針2-8和指針2-9，兩連接 線柱間連接電位器2-2。
在導(dǎo)電炭紙的兩側(cè)加上12V的電壓，并調(diào)節(jié)好電壓表，不斷移動(dòng)兩指針的 距離，會(huì)看到電壓隨著距離的減小而增大。由場強(qiáng)E-U/D可知(U:兩端電壓,D: 兩指針之間的距離)，U與D成反比，故D越小，U越大。
如圖4所示，靜電除塵演示裝置3包括一個(gè)塑料或玻璃制作的一側(cè)開口的 透明的矩形底座3-4，在矩形底座3-4的頂面的中央有一圓孔，圓孔的上面固定 一與矩形底座內(nèi)腔相通的玻璃管3-2，在玻璃管的外周圍繞有用細(xì)金屬絲纏繞成 的螺旋形正電極3-3，玻璃管的中央是一根直金屬絲負(fù)電極3-1，正電極3-3與 正極接線柱3-5連接，負(fù)電極3-1與負(fù)極接線柱3-6連接。
實(shí)驗(yàn)方法是如圖4-1所示，把點(diǎn)燃的蚊香放在底座3-4中，這時(shí)蚊香的 煙順煙囪冒出，使空氣造成污染，這時(shí)打開數(shù)顯電源開關(guān)，煙很快就消失了，而 且煙囪管也變的更透明了。原理是高壓的輸入在管中形成一個(gè)指向金屬絲的電場, 因?yàn)榻饘俳z的半徑很小,所以在金屬絲的附近形成一個(gè)極強(qiáng)的電場區(qū)足以引起電 暈放電,結(jié)果使進(jìn)入玻璃管的煙氣形成正負(fù)離子和電子。當(dāng)電子和負(fù)離子在不均 勻電場中與塵埃相碰,負(fù)離子便被吸附在塵埃上，使大部分塵埃粒子帶上負(fù)電,并 在不均勻電場作用下向管壁作加速運(yùn)動(dòng)，積聚在帶高壓正電的管道內(nèi)壁上。
如圖5所示，鳥籠演示靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)裝置包括一個(gè)導(dǎo)電金屬絲編制的鳥籠 4-2，鳥籠4-2的底面是導(dǎo)電底板4-3，在鳥籠4-2的上端面4-1周邊上系有若干 絲線或化纖軟絲線4-4;鳥籠4-2裝置在絕緣底座4-5上。是根據(jù)靜電平衡理論， 帶電導(dǎo)體內(nèi)腔中的電場不受導(dǎo)體外電場的影響。若導(dǎo)體內(nèi)腔中原來無電荷，則導(dǎo) 體內(nèi)腔中的電場始終為零，這就是靜電屏蔽。鳥籠的屏蔽作用，使人能夠直觀地 看出這一特性。
實(shí)驗(yàn)操作方法是將帶絲須的金屬絲籠中接線柱加上靜電高壓后,可以看到 籠外絲須張開，而籠內(nèi)絲須不張開.說明籠內(nèi)電場為零，籠的內(nèi)表面電荷分布為 零，可見金屬籠具有靜電屏蔽作用，讓人直觀地觀察到這一現(xiàn)象。
如圖6所示，靜電滾筒實(shí)驗(yàn)裝置5包括一絕緣底座5-5，在絕緣底座5-5上 裝設(shè)一個(gè)能繞支柱5-4轉(zhuǎn)動(dòng)的塑料圓筒5-3，塑料圓筒5-3的兩邊是對稱設(shè)置的 左尖端電極5-1和右尖端電極5-2。
在此實(shí)驗(yàn)中，巧妙地利用尖端放電，形成"電風(fēng)"使圓桶轉(zhuǎn)動(dòng)起來，讓學(xué) 生可以直觀地看到靜電的作用力。剛開始滾筒需要一定的力，才可以轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn) 動(dòng)起來后，調(diào)低電壓到2.24kv可以使?jié)L筒穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖7所示，靜電擺球?qū)嶒?yàn)裝置6包括一絕緣底座6-5，在絕緣底座6-5上 裝設(shè)有正電極板6-1和負(fù)電極板6-2，鋁紙包裹的泡沫小球6-4通過絕緣支架6-3 懸掛在正電極板6-l和負(fù)電極板6-2的中間。當(dāng)兩極板分別帶上正、負(fù)電荷時(shí)，
這時(shí)泡沫小球兩邊分別被感應(yīng)出與鄰近極板異號的電荷。泡沫小球上感應(yīng)電荷又 反過來使極板上電荷分布改變，從而使兩極板間電場分布發(fā)生變化。泡沫小球與 極板相距較近的這一側(cè)空間場強(qiáng)較強(qiáng)，因而球受力較大，而另一側(cè)與極板距離較 遠(yuǎn)，空間場強(qiáng)較弱，受力較小，這樣泡沫小球就擺向距球近的一極板。當(dāng)泡沫小 球與這極板相接觸時(shí)，與上面同樣的道理使球又?jǐn)[回來。持續(xù)加壓，泡沫小球就 在兩極板間往復(fù)擺動(dòng)，并發(fā)出乒乓聲。關(guān)閉電源后，則導(dǎo)體泡沫小球會(huì)因慣性， 在一段時(shí)間內(nèi)做微小擺動(dòng)，最后停止在平衡位置。將金屬球調(diào)節(jié)在兩極板中間， 因泡沫小球兩邊電場力幾乎相等，故球不動(dòng)。
如圖8所示，靜電植絨實(shí)驗(yàn)裝置7包括絕緣底座7-5，在絕緣底座7-5上裝 置一個(gè)圓筒7-6，圓筒7-6的筒壁用絕緣材料制作，筒底7-3和筒蓋7-4為導(dǎo)電體， 在筒蓋7-4和筒底7-3的中心各接有正極接線座7-2和負(fù)極接線座7-l。原理靜 電植絨裝置是利用電荷同性相斥異性相吸的物理特性，將絨毛放在帶負(fù)電荷的容 器中，使絨毛帶上負(fù)電荷，把需要植絨的物體放在零電位或接地的條件下，移動(dòng) 容器靠近被植絨物體使帶負(fù)電荷容器與被植物體之間形成一個(gè)高壓電場，絨毛在 容器內(nèi)帶的是負(fù)電荷，受到異電位被植物體的吸引，成垂直狀加速飛到需要植絨 的物體表面上，由于被植物體涂有膠粘劑，絨毛就被垂直粘植在被植物體上。
如圖9所示，平行板電容器場強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)裝置8包括絕緣底座8-6，在絕緣 底座上豎立有兩塊相平行的金屬電極板8-4和8-5，在金屬電極板8-4上有連接 電源正極的正接線柱8-1,在金屬電極板8-4的四周固定有細(xì)絲線8-3，在金屬電 極板8-5上有連接電源負(fù)極的負(fù)接線柱8-2。
原理是兩塊相互平行的導(dǎo)體板通以直流高壓電源，在兩板間會(huì)形成相互 平行的電場，但是用肉眼卻無法觀察到。所以本儀器在其中一塊板上固定一些細(xì) 線，當(dāng)平行板之間的電壓達(dá)到一定值時(shí)，板間的細(xì)線呈平行狀。
如
圖10所示，避雷針尖端放電實(shí)驗(yàn)裝置9包括一絕緣底座9-5，在絕緣底 座9-5上固定有兩個(gè)豎立的尖端放電針9-1和9-6，還有兩個(gè)用于對比觀察的豎 立的放電球9-3和9-7;在絕緣底座9-5上還有兩個(gè)電源接線柱9-2和9-4。
接通高壓電源后，兩個(gè)金屬尖端竿帶電。當(dāng)極板間電壓超過3千伏時(shí)，由 于導(dǎo)體尖端處電荷密度很大，在金屬尖端附近就形成了強(qiáng)電場，在強(qiáng)電場的作用 下，空氣分子被電離，致使金屬尖端之間處于連續(xù)的電暈放電狀態(tài)，即尖端放電 現(xiàn)象。而金屬球之間的電場卻不能達(dá)到火花放電的數(shù)值，故金屬球不放電。在實(shí)
際應(yīng)用中，尖端導(dǎo)體與大地相連接，云層中的電荷通過導(dǎo)體與大地中和，因而避
免了人身和物體遭到雷電等靜電的傷害。如高層建筑物頂端都安有高于屋頂物體 的金屬避雷針。
如
圖11所示，光電控制演示裝置采用單片機(jī)LM324、 一個(gè)紅外發(fā)光管和 一個(gè)紅外接收管。當(dāng)紅外對管接收到紅外反射信號的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平， IO引腳接單片機(jī)，通過單片機(jī)點(diǎn)亮發(fā)光二極管。本電路為常規(guī)技術(shù)，故不詳述。
權(quán)利要求1、一種便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，包括箱體(11)，在箱體內(nèi)裝有用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的靜電場描繪裝置(2)、靜電除塵實(shí)驗(yàn)裝置(3)、鳥籠演示靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)裝置(4)、靜電滾筒實(shí)驗(yàn)裝置(5)、靜電擺球?qū)嶒?yàn)裝置(6)、靜電植絨實(shí)驗(yàn)裝置(7)、平行板電容器場強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)裝置(8)、避雷針尖端放電實(shí)驗(yàn)裝置(9)、聲光控制演示裝置(10)和向上述各實(shí)驗(yàn)裝置提供電源的高、低壓雙路輸出電源(1)；所述雙路輸出電源(1)包括高頻高壓電源和低壓直流電源兩部分；高壓電源(1-1)，推動(dòng)放大電路(1-5)，并聯(lián)連接在高壓電源(1-1)和推動(dòng)放大電路(1-5)間的控制單元(1-2)、震蕩電路(1-3)和顯示單元(1-4)，與推動(dòng)放大電路連接的升壓倍壓單元(1-6)組成高頻高壓電源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征是靜電場 描繪裝置(2)包括導(dǎo)電碳紙(2-5)，電流表(2-4)，在導(dǎo)電炭紙的兩側(cè)用導(dǎo)電 炭紙上按裝的正極接線柱(2-1)和負(fù)極接線柱(1-3)與12V低壓電源連接，在 導(dǎo)電碳紙上還連接能移動(dòng)的指針(2-8)和指針(2-9)，兩接線柱間連接有電位 器(2-2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征是靜電除 塵演示裝置(3)包括一個(gè)塑料或玻璃制作的一側(cè)開口的透明的矩形底座G-4)， 在矩形底座(3-4)的頂面的中央有一圓孔，圓孔的上面固定一與矩形底座內(nèi)腔 相通的玻璃管(3-2)，在玻璃管的外周圍繞有用細(xì)金屬絲纏繞成的螺旋形正電極(3-3)，玻璃管的中央是一根直金屬絲負(fù)電極(3-1)，正電極(3-3)與正極接 線柱(3-5)連接，負(fù)電極(3-1)與負(fù)極接線柱(3-6)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征是鳥籠演 示靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)裝置(4)包括一個(gè)導(dǎo)電金屬絲編制的鳥籠(4-2)，鳥籠(4-2) 的底面是導(dǎo)電底板(4-3)，在鳥籠(4-2)的上部周邊上系有若干絲或化纖軟絲 線(4-4);鳥籠(4-2)裝置在絕緣底座(4-5)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征是靜電滾 筒實(shí)驗(yàn)裝置(5)包括一絕緣底座(5-5)，在絕緣底座(5-5)上裝設(shè)一個(gè)能繞支 柱(5-4)轉(zhuǎn)動(dòng)的塑料圓筒(5-3)，塑料圓筒(5-3)的兩邊是對稱設(shè)置的左尖端 電極(5-1)和右尖端電極(5-2)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征是靜電擺 球?qū)嶒?yàn)裝置(6)包括一絕緣底座(6-5)，在絕緣底座(6-5)上裝設(shè)有正電極板(6-1)和負(fù)電極板(6-2)，鋁紙包裹的泡沫小球(6-4)通過絕緣支架(6-3)懸 掛在正電極板(6-1)和負(fù)電極板(6-2)的中間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征是靜電植 絨實(shí)驗(yàn)裝置(7)包括絕緣底座(7-5)，在絕緣底座(7-5)上裝置一個(gè)圓筒(7-6)， 圓筒(7-6)的筒壁用絕緣材料制作，筒底(7-3)和筒蓋(7-4)為導(dǎo)電體，在筒 蓋(7_4)和筒底(7-3)的中心各接有正極接線座(7-2)和負(fù)極接線座(7-1)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征是平行板 電容器場強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)裝置(8)包括絕緣底座(8-6)，在絕緣底座上豎立有兩塊 相平行的金屬電極板(8-4)和(8-5)，在金屬電極板(8-4)上有連接電源正極 的正接線柱(8-1)，在金屬電極板(8-4)的四周固定有細(xì)絲線(8-3)，在金屬電 極板(8-5)上有連接電源負(fù)極的負(fù)接線柱(8-2)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，其特征是避雷針 尖端放電實(shí)驗(yàn)裝置(9)包括一絕緣底座(9-5)，在絕緣底座(9-5)上固定有兩 個(gè)豎立的尖端放電針(9-1)和(9-6)，還有兩個(gè)用于對比觀察的豎立的放電球(9-3)和(9-7);在絕緣底座(9-5)上還有兩個(gè)電源接線柱(9-2)和(9-4)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種將多種實(shí)驗(yàn)裝置組合在一個(gè)箱體中的便攜組合式單電源電學(xué)實(shí)驗(yàn)箱。屬物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。包括箱體，在箱體內(nèi)裝有用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的小型靜電場描繪裝置、靜電除塵實(shí)驗(yàn)裝置、鳥籠演示靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)裝置、靜電滾筒實(shí)驗(yàn)裝置、靜電擺球?qū)嶒?yàn)裝置、型靜電植絨實(shí)驗(yàn)裝置、平行板電容器場強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)裝置、避雷針尖端放電實(shí)驗(yàn)裝置、聲光控制演示裝置和向上述各實(shí)驗(yàn)裝置提供電源的高、低壓雙路輸出電源；優(yōu)點(diǎn)是高低壓雙路輸出電源能輸出高壓和低壓兩種電壓，能滿足各種物理實(shí)驗(yàn)電源的要求。各種實(shí)驗(yàn)裝置均為小型，組合放置在一個(gè)箱體內(nèi)方便攜帶。
文檔編號G09B23/18GK201203973SQ200820038240
公開日2009年3月4日 申請日期2008年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月14日
發(fā)明者于冬虎, 劉紅玲, 尹成良, 伐 張, 曹建春, 滕道祥, 王克權(quán) 申請人:徐州工程學(xué)院