[实用新型]水轮机模拟演示器

说明书

本实用新型水轮机模拟演示器涉及的是一种供小学自然，初中物理教师和学生在教授和学习水轮机及水能利用时的一种教具和学具。

现有演示水能利用和水轮机的实验装置十分简单，如现行小学自然，初中物理上的小水轮实验图，所系水轮与贮水器分开，师生演示操作很不方便，水流冲下易溅出水池，弄湿桌面和衣物，水流高低人为操作不易掌握，更不好反复操作，影响教学效果。

本实用新型的目的是针对目前演示水能利用和水轮机的实验装置存在不足之处提供一种水轮机模拟演示器，具有盒式外壳、贮水槽、水轮，为小学自然和初中物理中关于水能利用和水轮机构造原理的教学演示，提供一个结构简单，科学合理，使用极为方便的教具和学具。

水轮机模拟演示器是采取以下方式实现的：水轮机模拟演示器结构由盒式外壳、贮水槽、水轮构成。盒式外壳为透明壳体，密封，内盛装有洁净水，在盒式外壳两端内侧均设置有贮水槽，贮水盒有固定式贮水槽与移动式贮水槽，贮水槽底有流水孔，水轮设置在盒式外壳内，距两端水槽的距离不等，水轮具有水轮盘，水轮盘上装有水轮叶片，水轴轴装在水轮盘中部，支承在固定于盒式外壳两内侧的轴套上。水轮在盒式外壳内由贮水槽底流水小孔流出水流冲击能灵活转动。

演示操作及工作原理，水轮机就是利用水流的力量冲击叶轮使之转动。演示操作时将水轮机模拟演示器靠近水轮那端的贮水槽朝下竖直晃动，使水进入下面的贮水槽，迅速倒转水轮机，且竖立于桌面上，上端贮水槽里的水则从上端贮水槽底部的小孔直流而下，冲击水轮叶片，水轮转动，注意观察水轮转动速度。

待上端贮水槽里的水流定后，再竖直晃动水轮机，使水进入离水轮较远那端的贮水槽，再迅速将水轮机模拟演示器侧转，使有水贮水槽在上面，且将水轮机立在桌面上，水流则从上端贮水槽底部小孔直流而下，冲击水轮叶片，小轮转动，注意观察水轮转动的速度。

实验验证了两个原理：

1、水流由高处流下，冲击水轮叶片，水轮转动，证明水流有力量。水流的力量使水轮转动，水轮转动可以带动其他机器(如发电机，磨粉机等)转动，这就是通过水轮机利用水能，带动发电机发电或带动其他机械转动的模拟实验装置。用物理学上能量的转换理论来分析，也就是将水的重力势能E_势=mgh转化为水轮的动能E_动，水轮的动能再转化成电能或其他机械能。这就是水能利用的科学原理。

2、两次实验，水流的量相同(水流的量m相同，水流小孔大小一样，即单位时间内流下的水的量相同)，而水流贮水槽距离水轮的高度(h)不同水流冲击水轮叶片的力大小就不同，叶轮转动速度相应也就不一样。前者实验时贮水槽距水轮的高度较低，叶轮转动速度较慢，后者实验时，贮水槽距小轮的高度较高，叶轮转动速度较快。这证明了E_势转化成E_动时，由于E_势=mgh，在m、g不变情况下，h越大，即水位越高。E_势越大转化成E_动也就越大，所以水轮转动速度快，反之，h越小，E_势就小，转化成E_动也就相应的小，水累转动速度相应较慢。

优点：1、设计与构造科学严谨，水轮机盒两端有一个贮水槽，上下相通，水是(m)不变，水流小孔大小一样，只是水流高度(h)不一样，使实验条件严谨，实验观察明显结果符合科学原理。2、该水轮机模拟演示器、水和水轮密封在同一个机盒里，可反复使用操作，水反复使用，不会外溢。使用极为方便。3、若稍为变更设计，将水轮置于两端贮水槽的中点位置，供水流高度(h)不变，而将两贮水槽底部的水流小孔成大小不一，那么实验时单位时间内从贮水槽流下的水的量(m)不一样，则水轮转动的速度也相应不同，水流小孔较大的，水轮转动速度就较快；水流小孔较小的，水轮转动的速度就较慢。

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是水轮机模拟演示器结构示意图。

参照附图水轮机模拟演示器结构由盒式外壳(1)、贮水槽、水轮(3)三部分构成，盒式外壳为透明壳体，长方体，密封盒式可采用透明塑料制成，内盛装有洁净水。在盒式外壳(1)两端内侧均设置有贮水槽，一端贮水槽由“”形隔板(8)在盒式外壳一端内隔出为固定式贮水槽(10)，隔板宽度与机盒两侧厚度一致，便于密封贮水槽底隔板(8)靠近机盒侧壁开有流水孔(9)，另一端贮水槽为移动式贮水槽(2)，该贮水槽为盒体状，移动式贮水槽下部两侧各有一个通水孔(11)、(12)，两通水孔大小不一致，小孔(12)与固定式贮水槽(2)流水孔(9)大小一致。水轮(3)设置在盒式外壳内，距两端水槽的距离不等，水轮具有水轮盘(4)，水轮盘上装有6片水轮叶片(5)，水轮轴(6)装在水轮盘(4)中部，支承在固定于盒式外壳(1)两内侧的轴套上，便于轮轴(6)灵活转动。水轮可采用塑料材料，经模具压制而成。在盒式外壳侧面设有二个侧孔，装有塑料螺丝(7)密封，侧孔用于给封装好的盒式外壳内注入洁净水。