CN103150950A

CN103150950A - 一种lc电磁振荡演示仪

Info

Publication number: CN103150950A
Application number: CN2013100519381A
Authority: CN
Inventors: 白小珍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-27
Filing date: 2013-01-27
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明一种LC电磁振荡演示仪，涉及中学物理教学模型或者教具领域。它能显示LC电磁振荡现象，将看不见摸不着的LC电磁振荡现象变成一个能看得见、摸得着的教学模型，使学生看了以后能直观、形象、醒目地显示电容和电感间电位和电压的变化，和电流流动的方向，及电容中的电位变化，加深学生的印象，加强记忆，深刻理解。将抽象的LC电磁振荡的物理现象形象化、具体化，弄懂LC电磁振荡的实质。

Description

一种LC电磁振荡演示仪

技术领域

本发明涉及教学模型或者教具领域，尤其涉及一种LC电磁振荡演示仪。

背景技术

电磁振荡是指，在电路中，电荷和电流以及与之相联系的电场和磁场周期性地变化，同时相应的电场能和磁场能在储能元件中不断转换的现象。在中学物理教学中，如何向初次接触电磁振荡的学生解释这一看不见摸不着的现象和原理、加深学生记忆、提高学生的学习兴趣，成为教学的难点。公开号为CN2310348Y的专利文献公开了一种LC电磁振荡演示仪，其采用表头指针演示电磁振荡过程及LC参数之间关系，但是发明人认为该演示仪还不够直观形象，尤其对于初次接触电磁振荡的学生来说，演示效果还不够理想。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种LC电磁振荡演示仪，将看不见摸不着的LC电磁振荡现象变成一个直观醒目的模型，使学生看了以后，能直观、形象地显示电容和电感的电位、电流的变化，如电流流动的方向，及电容中的电位变化，加深印象，加强记忆，深刻理解抽象的电磁振荡的实质。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种LC电磁振荡演示仪，包括用于代表电容的盒体、用于代表电感的圆筒、LED灯条和控制器；所述盒体上排列设有多组能够分别点亮或者熄灭的、表示电容电位的LED灯组；所述LED灯条在圆筒上绕有多圈并两端与盒体相接，所述LED灯条由多组能够分别点亮或者熄灭的LED灯组构成并且各组LED灯组中的LED灯交错排布设置；所述盒体上的各组LED灯组由控制器控制实现依次点亮或者依次熄灭，与之相对应地，LED灯条上的各组LED灯组由控制器控制实现交替点亮。采用依次点亮或者熄灭的LED灯组表示电容的电位(电荷)变化，采用LED灯条卷绕在圆筒上表示电感并采用交替点亮的LED灯组产生追逐效果表示电流(电荷)流动的过程(电流从电容上端向电感方向流动，表示电容向电感放电，反之电流从电感上端向电容方向流动，表示电感向电容充电)，这样直观、形象的展示了LC电磁振荡现象和原理。

所述控制器包括提供各组LED灯组电源的供电电路和控制各组LED灯组点亮或者熄灭的控制电路。作为优选，所述供电电路包括电池和三极管，每组LED灯组中的各LED灯并联后与一个三极管串接，该三极管作为控制该组LED灯组点亮或者熄灭的电子开关，多组LED灯组及其三极管相互并联接在电池两端，这样电路简单、性能可靠、成本低。作为优选，所述控制电路包括555定时器和十进制计数器CD4017，555定时器的输出端连接十进制计数器CD4017的时钟输入端，十进制计数器CD4017的多个输出端分别经开关二极管4148连接供电电路中各组LED灯组的三极管的基极，这样电路简单、性能可靠、成本低。

本发明由于采用了以上的技术方案，将看不见摸不着的LC电磁振荡现象变成一个直观醒目的模型，使学生看了以后，能直观、形象地显示电容和电感的电位、电流的变化，如电流流动的方向，及电容中的电位变化，加深印象，加强记忆，深刻理解抽象的电磁振荡的实质。电路简单，演示效果好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制电路的电路原理图；

图3是本发明的供电电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

实施例1：

如图1所示的一种LC电磁振荡演示仪，包括用于代表电容的盒体1、用于代表电感的圆筒2、LED灯条3和控制器4；所述盒体1上排列设有a、b、c三组能够分别点亮或者熄灭的、表示电容电位的LED灯组；所述LED灯条3在圆筒2上绕有多圈并两端与盒体1相接，所述LED灯条3由d、e、f三组能够分别点亮或者熄灭的LED灯组构成并且各组LED灯组中的LED灯交错排布设置；所述盒体1上的各组LED灯组由控制器4控制实现依次点亮或者依次熄灭，与之相对应地，LED灯条3上的各组LED灯组由控制器4控制实现交替点亮，表示电流在流动。

所述控制器4包括提供各组LED灯组电源的供电电路和控制各组LED灯组点亮或者熄灭的控制电路。如图3所示，所述供电电路包括电池和三极管8050，每组LED灯组中的各LED灯并联后与一个三极管串接，该三极管作为控制该组LED灯组点亮或者熄灭的电子开关，该三极管的集电极通过电阻连接该组LED灯组，该三极管的基极和发射极之间跨接电阻限压，该三极管的基极经电阻连接控制电路的信号输出端；每组LED灯组采用相同电路，六组LED灯组及其三极管相互并联后接在电池、开关两端。当a或b～f得高电位时，相应的8050得电，其集电极所带的LED灯组亮；相反a或b～f低电位时，其集电极所带的LED灯组熄灭。如图2所示，所述控制电路包括555定时器和十进制计数器CD4017，555定时器的输出端(第3脚)连接十进制计数器CD4017的时钟输入端，十进制计数器CD4017的多个输出端分别经开关二极管4148连接供电电路中各组LED灯组的三极管的基极。CD4017是十进制基数\分频器，它的内部由计数器和译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、……、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。该十进计数器通过第5脚是输出端Q6经二极管连接第15脚，改变为六进制计数器，逢6置0；其中，第3脚是输出端Q0，分别经开关二极管4148连接a、b、c、d四个LED灯组的三极管8050的基极控制输入端；第2脚是输出端Q1，分别经开关二极管4148连接b、c、e三个LED灯组的三极管8050的基极控制输入端；第4脚是输出端Q2，分别经开关二极管4148连接c、f两个LED灯组的三极管8050的基极控制输入端；第7脚是输出端Q3，经开关二极管4148连接d一个LED灯组的三极管8050的基极控制输入端；第10脚是输出端Q4，分别经开关二极管4148连接c、f两个LED灯组的三极管8050的基极控制输入端；第1脚是输出端Q5，分别经开关二极管4148连接b、c、e三个LED灯组的三极管8050的基极控制输入端。

进一步说明如下：

如图1所示，表示电容的盒体1中包含有a(a1、a2、a3、a4)，b(b1、b2、b3、b4)，c(c1、c2、c3、c4)三组发光二极管组成的电位显示器，a、b、c三组均亮表示电容中的电位(电荷)是满的，尤如手机中的电池显示器。如b、c二组亮，表示电容中的电位(电荷)只有三分之二，如只有c组亮，则表示电容中的电位(电荷)只有三分之一，如a、b、c三组均不亮，表示电容中的电位(电荷)为零，电荷均流到电感中去了。这时，电感反过来向电容充电了，于是电容中又有电了，先是c组亮，再是b、c二组亮，最后a、b、c三组均亮。这时表明电容的电荷被充满了。于是电容又开始向电感放电。如此反复，循环下去，就形成了LC电磁振荡。当然如果没有能量补充，这种电磁振荡会慢慢停下来，这是因为电流流过导线会有一定的损耗，慢慢损耗完了，就停止了。本模型只表示振荡的时候的电位电流的变化情况，并不考虑损耗问题，其原理也只是定性分析，不是定量分析。LED灯条3采用表征电流流动的追逐灯设计。追逐灯由d(d1、d2……dn)，e(e1、e2……en)，f(f1、f2……fn)三组LED灯组组成，每组多个灯。首先是d组灯亮，其次是e组灯亮，再次是f组灯亮。亮灯由d组跳到e组，再由e组跳到f组。这表示电容向电感放电时的电流方向。电容放完电后，电感向电容充电，灯亮的次序倒过来。它的跳动方向表示电感向电容充电。该d、e、f灯亮跳动情况要与电容电位显示同步进行。

演示时，由555时基电路产生时基信号，最好是每秒1-2次(可调至以学生能看清楚为准，太快会看不清，太慢也不好)，由555的第3脚输出，进入CD4017十进计数器的14脚，该脚是上升沿脉冲计数输入脚。该十进计数器通过第5脚经二极管连接第15脚，改变为6进计数器，逢6置0。3脚是Q(0)，此时要带动a、b、c及d四组灯同时亮，所以要有4个开关二极管4148分别送高电位给图3中的a、b、c、d端，使这四组的8050三极管基极得电，使a、b、c、d四个8050集电极有电流通过，相应a、b、c、d四组发光管亮。555送出一个脉冲后，CD4017计数到Q1时，相应b、c、e三组灯亮。CD4017计数到Q2时，相应c、f二组灯亮。CD4017计数到Q3时，相应d组灯亮。CD4017计数到Q4时c、f二组灯亮。CD4017计数到Q5时b、c、e三组灯亮。CD4017计数到Q6时，置0，变为Q0，如此循环。

本LC电磁振荡演示仪由4节5号电池供应，是一个便携式的装置，便于移动，轮流给学生观看。

Claims

1.一种LC电磁振荡演示仪，其特征在于，包括用于代表电容的盒体(1)、用于代表电感的圆筒(2)、LED灯条(3)和控制器(4)；所述盒体(1)上排列设有多组能够分别点亮或者熄灭的、表示电容电位的LED灯组；所述LED灯条(3)在圆筒(2)上绕有多圈并两端与盒体(1)相接，所述LED灯条(3)由多组能够分别点亮或者熄灭的LED灯组构成并且各组LED灯组中的LED灯交错排布设置；所述盒体(1)上的各组LED灯组由控制器(4)控制实现依次点亮或者依次熄灭，与之相对应地，LED灯条(3)上的各组LED灯组由控制器(4)控制实现交替点亮，表示电流在流动。

2.根据权利要求1所述的一种LC电磁振荡演示仪，其特征在于，所述控制器(4)包括提供各组LED灯组电源的供电电路和控制各组LED灯组点亮或者熄灭的控制电路。

3.根据权利要求2所述的一种LC电磁振荡演示仪，其特征在于，所述供电电路包括电池和三极管，每组LED灯组中的各LED灯并联后与一个三极管串接，该三极管作为控制该组LED灯组点亮或者熄灭的电子开关，多组LED灯组及其三极管相互并联接在电池两端。

4.根据权利要求3所述的一种LC电磁振荡演示仪，其特征在于，所述控制电路包括555定时器和十进制计数器CD4017，555定时器的输出端连接十进制计数器CD4017的时钟输入端，十进制计数器CD4017的多个输出端分别经开关二极管4148连接供电电路中各组LED灯组的三极管的基极。