CN102945636B - 一种电流效应的演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流效应的演示装置，包括：与电源相连的化学效应演示单元；与所述电源相连的热效应演示单元；与所述电源相连的磁效应演示单元；所述化学效应演示单元、所述热效应演示单元和所述磁效应演示单元采用并联的方式相连接。本发明所述电流效应的演示装置中将化学效应演示单元、电流热效应演示单元，电流磁效应演示单元与电源采用并联的方式进行连接，在进行电流效应的实验时，仅需将相应的电流效应演示单元接通电源，即可进行相应的实验，从而不必在进行有关电流效应之前，对相应的实验电路进行连接，解决了学生进行实验过程中操作繁琐的问题。

Description

一种电流效应的演示装置

技术领域

本发明涉及电流技术领域，具体涉及一种电流效应的演示装置。

背景技术

在初、高中学习书本知识的过程中，为了使学生更加深刻的理解书本知识，在教学过程中安排各种实验，学生可通过在实验室做实验以便清楚的了解书本知识。目前，在化学、物理等书本中涉及到多种实验，其中包括电流化学效应实验，电流热效应实验，电流磁效应实验等多个有关电流效应的实验，目前在实验室中，学生在进行相关实验之前，必须搭建多个实验电路，以便进行相应的实验，由于在进行各个有关电流效应的实验之前，学生必须进行各个实验电路的连接，才能进行相应的实验，导致学生在进行实验过程中的操作比较繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电流效应的演示装置，目的在于解决进行各个有关电流效应的实验之前，学生必须进行各个实验电路的连接，才能进行相应实验，导致学生在进行实验过程中的操作比较繁琐的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电流效应演示装置，所述装置的具体的实现过程如下所示：

一种电流效应的演示装置，包括：

与电源相连的化学效应演示单元；

与所述电源相连的热效应演示单元；

与所述电源相连的磁效应演示单元；

所述化学效应演示单元、所述热效应演示单元和所述磁效应演示单元采用并联的方式相连接。

优选的，所述化学效应演示单元包括：

装有导电溶液的第一容器；

一端通过第一开关与所述电源的正极相连，一端伸入所述导电溶液的第一电极；

一端与所述电源的负极相连，一端伸入所述导电溶液的第二电极。

优选的，所述热效应演示单元包括：

一端通过第二开关与所述电源的正极相连，一端与所述电源的负极相连的电热丝；

与所述电热丝相靠近或接触，装有溶液的第二容器。

优选的，所述热效应演示单元还包括：

一端伸入所述溶液内部，一端显示温度数值的温度计。

优选的，所述热效应演示单元还包括：

一端与第二电源的正极相连，一端通过电阻与所述第二电源负极相连的，用于测量所述溶液温度的热敏电阻；

通过第三开关与所述热敏电阻采用并联的方式相连接的，用于当所述溶液的温度达到一定数值时进行报警的蜂鸣器。

优选的，所述磁效应演示单元包括：

一端通过第四开关与所述电源的正极相连，一端与所述电源的负极相连的，使用导线按一定方向缠绕的磁铁。

优选的，所述磁效应演示单元还包括：

铁片、指针、和刻度盘。

优选的，所述化学效应演示单元、所述热效应演示单元和所述磁效应演示单元集成于一个试验箱中。

本发明将化学效应演示单元、电流热效应演示单元，电流磁效应演示单元与电源采用并联的方式进行连接，在进行电流效应的实验时，仅需将相应的电流效应演示单元接通电源，即可进行相应的实验，从而不必在进行有关电流效应之前，对相应的实验电路进行连接，解决了学生进行实验过程中操作繁琐的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明电流效应的演示装置的一种结构示意图；

图2是本发明电流效应的演示装置中化学效应演示单元的一种结构示意图；

图3是本发明电流效应的演示装置中热效应演示单元的一种结构示意图；

图4是本发明电流效应的演示装置中热效应演示单元的又一种结构示意图；

图5是本发明电流效应的演示装置中磁效应演示单元的一种结构示意图；

图6是本发明电流效应的演示装置中又一种结构示意图；

图7是本发明电流效应的演示装置中化学效应演示单元的一种流程示意图；

图8是本发明电流效应的演示装置中化学效应演示单元的一种实验结果示意图；

图9是本发明电流效应的演示装置中化学效应演示单元的又一种实验结果示意图；

图10是本发明电流效应的演示装置中热效应演示单元的一种流程示意图；

图11是本发明电流效应的演示装置中热效应演示单元的PTC热敏电阻随温度变化报告的示意图；

图12是本发明电流效应的演示装置中磁效应演示单元的一种流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例提供了一种电流效应的演示装置，如图1所示，包括：

与电源100相连的化学效应演示单元200；

与所述电源100相连的热效应演示单元300；

与所述电源100相连的磁效应演示单元500；

所述化学效应演示单元200、所述热效应演示单元300和所述磁效应演示单元500采用并联的方式相连接。

本发明将化学效应演示单元、电流热效应演示单元，电流磁效应演示单元与电源采用并联的方式进行连接，在进行电流效应的实验时，仅需将相应的电流效应演示单元接通电源，即可进行相应的实验，从而不必在进行有关电流效应之前，对相应的实验电路进行连接，解决了学生进行实验过程中操作繁琐的问题。

进一步的，如图2所示，所述化学效应演示单元200包括：装有导电溶液的第一容器201；

一端通过第一开关202与所述电源100的正极相连，一端伸入所述导电溶液的第一电极203；

一端与所述电源100的负极相连，一端伸入所述导电溶液的第二电极204。

所述化学效应演示单元的制作过程包括：

选取大小为50x30x60mm的容器作为第一容器，在第一容器的外部粘贴铁片，在装置的示教板上粘贴磁铁以便吸附第一容器，向第一容器内注入导电溶液；将第一电极通过第一开关与电源的正极相连，将第二电极与电源的负极相连，本发明实施例中取铁棒和铝棒作为本装置中的第一电极和第二电极，将第一电极和第二电极放入第一容器内的导电溶液中。

所述化学效应演示单元的实验过程包括：

闭合第一开关，稍等片刻，便可观察到：阴极有气泡产生，且阳极下黄绿色胶体产生，随着反应时间的增加，黄绿色胶体的量逐渐增加并出现黄点，并出现墨绿色物质等现象，说明电流具有化学效应。

进一步的，如图3所示，所述热效应演示单元300包括：

一端通过第二开关301与所述电源100的正极相连，一端与所述电源100的负极相连的电热丝302；

与所述电热丝相靠近或接触，装有溶液的第二容器303。所述电流热效应演示单元的制作过程包括：取一段长20-30mm的电热丝，用垫片和螺钉将电热丝固定在装置的示教板上，将电热丝的一端通过第二开关与电源正极相连，将电热丝的另一端与电源负极相连，在距离电热丝100mm的上方用螺钉固定一个U形卡，使用U形卡固定带有溶液的第二容器。

所述热效应演示单元的实验过程包括：

闭合第二开关，稍等片刻，用手握第二容器外壁，有微热的感觉，说明电流有热效应。

进一步的，所述热效应演示单元还包括：

一端伸入所述溶液内部，一端显示温度数值的温度计。

所述温度计包括：WH6009I液晶显示电子温度计。

所述热效应演示单元的实验过程还包括：

将WH6009I型电子温度计的感温头放入第二容器内部的溶液中，可以明显地看到液晶板上示数不断上升，这说明电热丝把电能转变为热能，由此可见，电流具有热效应。

进一步的，如图4所示，所述热效应演示单元300还包括：

一端与第二电源400的正极相连，一端通过电阻与所述第二电源400负极相连的，用于测量所述溶液温度的热敏电阻401；

通过第三开关402与所述热敏电阻401采用并联的方式相连接的，用于当所述溶液的温度达到一定数值时进行报警的蜂鸣器403。

所述电流热效应演示单元的制作过程还包括：将正温度系数PTC热敏电阻放入第二容器内的溶液中，将PTC热敏电阻的一端与第二电源的正极相连，将PTC热敏电阻的另一端通过限流电阻与第二电源的负极相连，将蜂鸣器与第三开关串联，并将蜂鸣器和第三开关的串联电路并联至PTC热敏电阻的两端。

所述热效应演示单元的实验过程还包括：

将热敏电阻放入第二容器内的溶液中，闭合第三开关，稍等片刻，蜂鸣器发生鸣叫给出警示作用，说明电流具有热效应。

进一步的，如图5所示，所述磁效应演示单元500包括：

一端通过第四开关501与所述电源的正极相连，一端与所述电源100的负极相连的，使用导线按一定方向缠绕的磁铁502。

电流磁效应演示的制作过程包括：将导线的一端通过第四开关与所述电源的正极相连，并将导线的另一端连接至所述电源的负极。

进一步的，如图5所示，所述磁效应演示单元还包括：铁片503、指针504、和刻度盘505。

电流磁效应演示单元的制作过程包括：取一长为140mm铁片做成指针，另取一长为40mm，宽为8mm铁片，以T形铁片为例，在T形铁片下端的中间开槽4mm、宽2mm，将长为70mm的导线一端连接指针、另一端连接T形铁片，并把指针、T形铁片固定在装置的示教板上。

所述磁效应演示单元的实验过程包括：

当闭合第四开关时，便可观察到指针发生明显偏转，说明了电流具有磁效应。

进一步的，所述化学效应演示单元、所述热效应演示单元和所述磁效应演示单元集成在一个试验箱中，所述试验箱内的电路图如6所示，为了保证本装置的安全性，在所述电源100的正极侧添加第五开关601，以便在装置产生故障时，切断本装置的电源。

本发明进行各个有关电流效应的实验时，不必进行各个实验电路的连接，学生仅需将相应实验的开关和第五开关进行打开和闭合的操作，便可进行实验，观察实验现象，本装置将各个有关电流的实验器材集成于一个试验箱便于携带，便于学生进行实验操作。

下面详细描述如何使用该装置进行电流效应各种实验。

本装置可分为三个不同的实验：电流化学效应实验、电流热效应实验、电流磁效应实验，下面将分别描述各个实验方法，及实验效果。

一、电流化学实验

电流化学效应的方法，如图7所示，包括：

步骤S701：向第一容器中注入导电溶液；

本实施例中采用蒸馏水为实验材料，注入至第一容器中。

步骤S702：将电极与导线接通；

本实施例中以电极为铁棒、铝棒为例，电源电压以6V为例，将铁棒接电源正极，即使用铁棒做阳极，将铝棒与电源负极相连，即使用铝棒做阴极。

步骤S703：闭合第一开关；

闭合第一开关，将两个电极、导电溶液和电源导通，同时开启计时器。

步骤S704：观察容器内的反应。

闭合开关之后稍等片刻便可观察到：阴极有气泡产生。

上述实验现象的原理：铁棒和铝棒通电之后，铁棒作为阳极首先被电离为离子，一般为亚铁离子，阴极附近的水被电离成氢氧根和氢气，第一电极和第二电极附近的电极反应式为：阴极：2H⁺+2e^-=H₂↑铁做阳极：Fe-2e^-=Fe²⁺。

如图8所示，将上述实验中的电源电压改变，依次变为4V，8V，10V依次进行上述实验，并记录实验数据。由实验数据可知，随着电源电压的改变，起泡的时间越来越短，且起泡数量越来越多，由此可知，电压的增加可使化学反应的速率变快，且实验效果明显。

如图9所示，将上述方法中水溶液改为NaCl水溶液，以电源电压为6V为例，将NaCl水溶液的浓度依次更换为0.01g/ml、0.02g/ml、0.03g/ml分别进行上述实验，并记录实验数据。

闭合开关之后稍等片刻便可观察到：阴极有气泡产生，且阳极下黄绿色胶体产生，随着反应时间的增加，黄绿色胶体的量逐渐增加并出现黄点，并出现墨绿色物质等现象，由于NaCl水溶液起泡时间非常短，因此没有将起泡时间进行记录，仅将实验现象进行记录。

上述实验现象的原理：铁棒和铝棒通电之后，铁棒作为阳极首先被电离为离子，一般为亚铁离子，阴极附近的水被电离成氢氧根和氢气，因此亚铁离子和氢氧根在水中形成白色的Fe(OH)₂沉淀，由于蒸馏水溶液中的阳极附近溶解了的氯气，白色的氢氧化亚铁Fe(OH)₂沉淀在水中被氧化成氢氧化铁Fe(OH)₃，二者按一定比例混合将形成墨绿色物质。沉淀物Fe(OH)₃和铁棒在空气中最后变成氧化铁Fe₂O₃。第一电极和第二电极附近的电极反应式为：阴极：2H⁺+2e^-=H₂↑  铁做阳极：Fe-2e^-=Fe²⁺。

由实验数据可知，随着NaCl水溶液的浓度增加，实验效果越来越明显，且实验时间越来越快，因浓度增加，游离的电子越来越多，使得实验效果更加明显。

如图9所示，将上述方法中，电源为6V，溶液为NaCl水溶液，将电极互换位置，即以铁棒为阴极、以铝棒为阳极，并将取NaCl水溶液的浓度为0.01g/ml、0.02g/ml、0.03g/ml分三次进行上述实验，并记录实验现象。由实验数据可知，电极的不同导致实验现象不同。

综上，由以上实验数据可知，随着电压的增加实验效果越来越明显，NaCl水溶液比蒸馏水的实验效果明显，NaCl水溶液的浓度增加实验效果更加明显，电极不同导致实验过程中实验现象不同。

二、电流热效应实验

电流热效应的方法，如图10所示，包括：

步骤S1001：向第二容器内注入溶液；

将蒸馏水或其他溶液注入第二容器内。

步骤S1002：闭合第二开关；

闭合第二开关，使电热丝导电。

步骤S1003：观察实验现象。

在观察实验现象时，可有但不限于以下三种方式：

方式一：用手抚摸第二容器外壁，有微热的感觉，说明电流有热效应。

方式二：在观察实现现象时，使用温度计测量第二容器内溶液的温度，具体的可用WH6009I型液晶显示电子温度计进行测量，具体的，将WH6009I型电子温度计的感温头放入第二容器内部的溶液中，可以明显地看到液晶板上代表温度的数值在不断上升，说明溶液的温度不断升高，这是由于通电的电热丝产生了热量，电热丝把电能转变为热能，由此可见，电流具有热效应，本发明中采用液晶显示电子温度计进行温度显示，对学生而言便于接收，寓教于乐。

方式三：在观察实验现象时，将热敏电阻放入第二容器内的溶液中，闭合第三开关，当第二容器内液体的温度上升至一定温度时，蜂鸣器就会鸣叫报警，这是因为PTC热敏电阻随着第二容器内液体温度的升高，阻值也逐渐升高，当PTC热敏电阻的阻值达到一定数值时，蜂鸣器发生鸣叫，以给出提醒功能，说明电流具有热效应。

而且通过此实验还能进一步的获知热敏电阻随温度的变化的阻值的变化规律，将上述实验的方式二和方式三结合使用，采用WH6009I型液晶显示电子温度计显示温度，采用万用表测量热敏电阻的阻值，每隔一定时间进行一次实验数据记录，如图11所示，为所述实验中热敏电阻的阻值随着温度改变的实验数据。

通过以上实验方法可清楚、明了的演示热效应的实验，且采用不同的方式观看实验效果，实验现象明显，并可在观察电流热效应的同时，获知热敏电阻的实验数据，更加方便了学生进行热效应实验。

三、电流的磁效应实验

电流的磁效应实验方法，如图12所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1201：闭合第四开关；

闭合第四开关，将导线与电源导通。

步骤S1202：观察指针的偏转。

由实验数据可知，当闭合第四开关时，便可观察到指针发生明显偏转，这是因为靠近螺线管磁铁的铁片受到一个吸引力的作用，进而带动指针发生偏转，这个实验说明通电的螺线管产生了磁力，说明了电流具有磁效应。

以上实验方法将电流的化学效应实验、热效应实验、磁效应实验并联到一个试验箱内，在一个实验箱内便可完成多个有关电流效应的实验，且在进行实验时，仅需将相应的电流效应演示单元接通电源，避免了对多个实验电路进行连接，解决了学生在进行实验操作繁琐的问题，，且本发明将涉及电流实验的学科有机的结合起来，演示时间短，效果明显，让学生对于电流的效应可以有个整体的形象认识，且这个演示器取材方便，制作简单，实验效果明显，又方便教师携带和使用，易于在教学过程中推广应用。

本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备（可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种电流效应的演示装置，其特征在于，包括：

与总电源相连的化学效应演示单元；

与所述总电源相连的热效应演示单元；

与所述总电源相连的磁效应演示单元；

所述化学效应演示单元、所述热效应演示单元和所述磁效应演示单元采用并联的方式相连接；

其中，所述热效应演示单元包括：

一端通过第二开关与所述总电源的正极相连，一端与所述总电源的负极相连的电热丝；

与所述电热丝相靠近或接触，装有溶液的第二容器；

一端伸入所述溶液内部，一端显示温度数值的温度计；

一端与第二电源的正极相连，一端通过电阻与所述第二电源负极相连的，用于测量所述溶液温度的热敏电阻；

通过第三开关与所述热敏电阻采用并联的方式相连接的，用于当所述溶液的温度达到一定数值时进行报警的蜂鸣器；

其中，所述化学效应演示单元包括：

装有导电溶液的第一容器；

一端通过第一开关与所述总电源的正极相连，一端伸入所述导电溶液的第一电极；

一端与所述总电源的负极相连，一端伸入所述导电溶液的第二电极；

其中，所述导电溶液为蒸馏水或NaCl水溶液；所述第一容器的外壁粘贴铁片，在所述演示装置的示教板上粘贴磁铁以便吸附所述第一容器；所述第一电极为铁棒，所述第二电极为铝棒；

当所述导电溶液为蒸馏水，所述第一电极为铁棒，所述第二电极为铝棒，所述总电源电压为6V时，闭合所述第一开关，在预设时长过后，所述第二电极有较少气泡产生；

当所述导电溶液为蒸馏水，所述第一电极为铁棒，所述第二电极为铝棒，所述总电源电压为10V时，闭合所述第一开关，在所述预设时长过后，所述第二电极有较多气泡产生；

当所述导电溶液为NaCl水溶液，所述NaCl水溶液的浓度为0.02g/ml，所述第一电极为铁棒，所述第二电极为铝棒，所述总电源电压为6V时，闭合所述第一开关，在所述预设时长过后，所述第二电极有气泡产生，且所述第一电极有黄绿色胶体产生。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁效应演示单元包括：

一端通过第四开关与所述总电源的正极相连，一端与所述总电源的负极相连的，使用导线按一定方向缠绕的磁铁。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁效应演示单元还包括：

铁片、指针、和刻度盘。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述化学效应演示单元、所述热效应演示单元和所述磁效应演示单元集成于一个试验箱中。