[实用新型]多方位自感现象演示仪

说明书

技术领域

本实用新型属于物理电磁学教学仪器，是演示自感现象的一种专用实验设备。

背景技术

自感现象演示实验一直是物理教师们关注的而又难以满意解决的问题，很多有关人员都为此而花了大量的时间做了很多的研究工作，但至今为止仍没有看到有比较理想的这方面的仪器问世。关于自感实验演示装置，国内有关杂志刊登过许多这方面的文章。中国专利CN87207333、00243185、90200694分别介绍了各自的研究成果，它们都各有特点，与目前高中物理教材引用的作为演示自感现象的两个其本电路相比都有了不同程度的进步，但都有共同的地方就是都离不开上述两个基本电路的阴影，在电路结构上没有形成演示自感现象的独立体电路体系，都依赖用电阻支路和电感支路在通电瞬间所反映的不同现象作比较间接地来说明自感现象的存在。在实验操作中我们是需要用电感电路和电阻电路作比较的，但我们认为在自感现象电路自成体系的的前提下进行这种比较效果会更好些，更能直观反映自感现象的本来面目，使学生对自感现象更容易理解。

本实用新型的目的是提供一种能克服现有技术的不足、电路结构简单、容易制作、操作简便，实验演示明显、直观，能满足教学需要的自感现象演示仪器。

发明内容

本实用新型是由电感线圈L、负载(小灯泡)C、检流器G、蜂鸣器Y₁、Y₂、稳压二极管D、发光二极管LED₁、LED₂、比较电阻R₁、微调电阻器R₂及开关K等元件构成，如图一所示。原理是这样：当电路接通的瞬间由于电感线圈L的自感作用，稳压二极管D与电感线圈L的连接点A上的电位与电源电位U₁相等稳压二极管D立即被击穿导通，则有电流从检流器G的正端流向负端检流器指针向顺时针方向偏转一定刻度，同时使与通电自感电流方向相同的发光二极管LED₁闪光、使蜂鸣器Y₁发出“嘟——”的响声，接着成曲线逐渐往下降落如图二所示趋于稳定状态，通过短暂时间t后电位降到小于二极管D的稳压值时，D恢复正常、检流器G指针回到0，显示了通电时自感电流的向方，最后达到稳定状态U₂，稳压二极管D的额定稳压值V_稳就选定在稍比A点稳定值U₂略高一点，以在该点电位稳定后恰好不击穿稳压二极管D为好。当开关K在断开的瞬间，也由于自感电动势的作用，则有电流从G的负端流向正端指针由0迅速向逆时针方向偏转一定刻度，同时使与断电自感电流方向相同的发光管LED₂闪光、使蜂鸣器Y₂发出“嘟——”的响声，后随自感电流的逐渐减小稳压管D恢复正常G指针回到0，显示了断电时自感电流的方向。

为了说明电感电路和电阻电路的不同本电路特设了比较电阻R₁，演示时把插头从与电感线圈联接的插孔拔出插在与电阻联接的插孔中然后重复以上操作就可以看到两个电路有着本质上的区别。

本实用新型的优点是：实验演示明显、直观、在一个电路上一开、一关就能分别演示通、断电两种自感现象。通过仪器不但能观察两个自感电流的方向还能观察这两个电流的变化状态及整个变化过程。实验连续性好使学生容易理解。用J0401演示电表(280mm×280mm)作课堂演示，大大满足教学上的需要。在实验演示过程中能使学生从闪光、声音、电表指针的摆动及摆动方向等多方位感知到自感现象的存在。带趣味性，能不同程度地激发学生的学习兴趣。特别值得一提的是它特别适合某些有五官缺陷的残疾学生使用。

本仪器对电感线圈各种参数要求不高，只要满足L/R≥0.03、电感量0.5H以上即可使用，在要求不高的情况下也可用20W～40W的感式镇流器代替。

附图说明

图一、为本实用新型电路原理图。

图二、为通电瞬间连接点A的电压变化过程示意图。

具体实施方式

实例：本实用新型所用的电感线圈是用线径Φ0.68的漆包线在22cm×3.5cm的铁芯上绕1000圈制作成，检流器G为J0401演示电表，为演示需要稍加改动即去掉并联电阻另串上一只3K～5K的电位器作调节幅度使用，小灯泡C为6.3V/0.15A，稳压管D稳压值为5V，比较电阻R₁为50Ω/3W可调式，发光二极管LED一只为红光另一只蓝光，蜂鸣器Y两只声音频率不同(能听得出有区别)，K为一般的纽子开关。

以上元件只要按照电路原理图一连接安装好基本上不需要大的调整即可使用，但值得注意的问题是在电源U₁的选择上一定要适合稳压管D稳压值V_稳的参数否则效果不好。还有是微调电阻R₂要调在适当的位置上使检流器G指针的摆动幅度和发光管的光亮度、蜂鸣器的声音大小使之相互兼顾。演示时，只需把开关K拔动，一开、一关即可实现以上所说的各种演示效果。