CN106847027B - 一种教学仪器 - Google Patents

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Abstract

一种多媒体教学仪器，包括底板，以及分别相对设置于底板上的第一磁铁和第二磁铁，以及展示板，其中第一磁铁和第二磁铁具有不同的极性，在底板上还设置有切割组件，并且切割组件设置于第一磁铁和第二磁铁之间，展示板包括4个感应灯，以及与4个感应灯分别对应的高精度光敏传感器和热敏层，能够实现直观地、快速的展示出切割磁感线的运动结果，节约实验空间，提高效率。

Description

一种教学仪器
技术领域
本发明涉及物理电子领域，具体涉及一种教学仪器。
背景技术
随着社会的飞速发展，自动化的电子设备的发展也越来越快，学校对于电子化的教学设施的需求也越来越旺盛。通过电子化的教学设施，可以直观快速的将实验的过程和结果展示给学生，从而帮助学生在短时间内掌握，提高教学质量。
目前，对于切割磁感线运动实验大都是用单个有效长度的导体在磁铁间做切割磁感线的运动，从而产生感应电动势，产生感应电流，通过串联的电流计等方式来读取电流值，从而展示给学生。然而，目前的展示方式不生动，无法直观的且生动的展示出实验的结果，并且在展示的过程中，嘘声需要在很近的距离进行观察，在有线的实验空间内则不方便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现直观地、快速的展示出切割磁感线的运动结果，节约实验空间，提高效率的教学仪器。
本发明提供了一种教学仪器，包括底板，以及分别相对设置于底板上的第一磁铁和第二磁铁，以及展示板，其中第一磁铁和第二磁铁具有不同的极性；
在底板上还设置有切割组件，并且切割组件设置于第一磁铁和第二磁铁之间；
切割组件包括两个下端分别与底板连接的支杆和腔体，两个支杆的上端分别与腔体连接，使得腔体与底板具有一定的距离；
腔体下部设置有4个通孔，使得4个连接杆能够分别通过通孔，4个连接杆的下端分别依次连接有具有不同等效长度的第一、二、三、四导体棒，等效长度分别记为L1，L2，L3，L4，满足L1<L2<L3<L4；
每一个导体棒的两端分别通过导线与设置于腔体内部的控制电路连接，其中每一个导体棒的其中一端的导线连接线路中接入一并联有第一电阻和第一开关，以及第二电阻和第二开关的电路；连接杆的上端分别连接电机；
展示板包括4个感应灯，以及与4个感应灯分别对应的高精度光敏传感器和热敏层，4个感应灯通过串联的方式分别与第一、二、三、四导体棒连接；其中对应的高精度光敏传感器用于测量对应感应灯的光强，并且利用测量到的光强分别对应的产生控制信号，分别控制热敏层对应的温度；
相邻的热敏层之间还设置有真空层。
进一步地，每一个连接杆都具有中空结构，使得导线能够通过中空结构后分别连接对应的导体棒和控制电路。
进一步地，热敏层涂覆有热敏材料，热敏材料能够根据温度产生不同的颜色和/或色深。
进一步地，展示板设置为1个。
进一步地，展示板以并联的方式设置为多个。
进一步地，多个展示板设置于不同位置。
进一步地，第一电阻的阻值大于第二电阻的阻值。
本发明还提供了一种利用教学仪器的测试方法，包括如下步骤：
(1)利用控制电路分别控制电机使得第一、二、三、四导体棒依次做切割磁感线运动；
(2)闭合第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第一阈值，则进入步骤(3)，否则进入步骤(4)；
(3)打开第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，闭合第一、二、三、四导体棒对应的第二开关；
(4)利用第一、二、三、四导体棒对应的高精度光敏传感器测量对应的感应灯的光强，并且利用测量到的光强分别对应的产生控制信号，分别控制对应的热敏层温度；
(5)利用控制电路分别控制电机使得第一、二、三、四导体棒同时做切割磁感线运动；
(6)闭合第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，打开第一、二、三、四导体棒对应的第二开关，观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第一阈值，则进入步骤(7)，否则进入步骤(8)；
(7)打开第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，闭合第一、二、三、四导体棒对应的第二开关；
(8)利用第一、二、三、四导体棒对应的高精度光敏传感器测量对应的感应灯的光强，并且利用测量到的光强分别对应的产生控制信号，分别控制对应的热敏层温度，完成测试。
进一步地，步骤(3)还包括观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第二阈值，则对感应电流进行放大。
本发明的教学仪器，可以实现：
1)能够实现直观地、快速的展示出切割磁感线的运动结果，节约实验空间，提高效率。
2)两路开关的闭合和开启的控制，可以进行不同参数下的测量展示，丰富了展示的数据量，不但可以对实验结果进行再次的确认验证，而且更加直观有效。
3)同时进行切割磁感线的运动，可以体现磁场的变化带来的结果，更加的有效多样。
4)光敏传感器的利用避开直接通过感应电流作用可能产生的误差，通过间接的感应方式，更加的多样，并且展示更加生动有趣。
附图说明
图1为教学仪器结构示意图；
图2为切割组件结构示意图；
图3导体棒对应的部分电路结构示意图；
图4为展示板的结构示意图
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种教学仪器，如图1所示，仪器包括了底板1，以及分别相对设置于底板上的第一磁铁2和第二磁铁3，其中第一磁铁2和第二磁铁3具有不同的极性，在设置的过程中，两者的位置可以进行交换，并不受限制。在底板上还设置有切割组件4，并且切割组件4设置于第一磁铁2和第二磁铁3的中间，切割组件4的具体结构如图2所示，切割组件4包括两个下部分别与底板1连接的支杆，还包括腔体，两个支杆的上部分别与腔体连接，使得腔体与底板1具有一定的距离。腔体下部设置有4个通孔，使得连接杆5可以分别通过通孔，连接杆5的下端分别依次连接有具有不同等效长度的第一、二、三、四导体棒6(等效长度分别记为L1，L2，L3，L4，满足L1<L2<L3<L4)，每一个导体棒6的两端分别通过导线与控制电路7连接，其中连接杆5具有中空结构，使得导线可以通过中控结构分别连接导体棒6和控制电路7；连接杆5的上端分别连接电机(图中未示出)，从而通过电机控制连接杆5能够在垂直方向上运动做切割磁感线运动。在实际的实验过程中，由于在电机的驱动下，连接杆5能够分别带动第一、二、三、四导体棒6做切割磁感线运动，因此由于四个导体棒的等效长度不同，在不考虑其他因素的情况下，产生的感应电动势也不相同。如图3所示，是每一个导体棒6对应的部分电路结构，其中在产生感应电动势后，则相应的有感应电流通过电阻和感应灯8，那么感应灯则会相应的发亮，其亮度和感应电流的大小成正比。如图3所示，本发明还设置有并联的两路电阻，这样的设置方式使得在感应电流较小的时候使用阻值较小的一路电阻，从而使得感应灯8发出的光比较明显的可见，反之，当感应电流较小的时候则使用阻值较大的一组电流，不但可以使得感应灯8不至于过亮，防止对眼睛的伤害，还可以有效的保护感应灯等相应的电子器件，并且通过对第一、二、三、四导体棒6分别对应的两路开关的闭合和开启的控制，可以进行不同参数下的测量展示，丰富了展示的数据量，例如可以在不同的切割速度或者是两组不同的阻值电路中分别测试，不但可以对实验结果进行再次的确认验证，而且更加直观有效。
此外，教学仪器还包括展示板，展示板的结构如图4所示，展示板包括4个感应灯8，以及与4个感应灯8分别对应的高精度光敏传感器9和热敏层10，4个感应灯8通过串联的方式分别与第一、二、三、四导体棒6连接(如图3所示)，从而使得感应电流分别直接作用于4个感应灯8，使得4个感应灯8发光。然而，仅仅通过感应灯发光只是一种展示方式，为了使得展示更加多样，并且提高效率，同时避开直接通过感应电流作用可能产生的误差，通过间接的感应方式，利用对应的光敏传感器9测量光的光强，从而利用测量到的光照强度分别对应的产生控制温度，使得分别作用不同的热敏层10，那么不同的热敏层由于分别感应到不同的温度，从而具有不同的颜色和/或色深，从而更加直观生动的展示了切割磁感线的运动的实验结构。如图4所是，为了避免不同热敏层10对应的控制温度之间的影响，在热敏层10之间还设置有真空层，从而保证了相互之间作用的控制温度不会相互影响。展示板的设置可以为一个，可以直接设置在底板1上或者与底板1接近的位置处，从而在同一位置处进行展示(例如讲台)，当然可以将展示板以并联的方式设置为多个，设置位置可以相对较远(例如设置于每一个实验台等)，从而学生可以在自己的位置处就可以进行观察，不需要频繁的在教室或实验室走动，避免了相互遮挡，充分的利用了空间，也节约了空间。
本发明还提供了一种利用教学仪器的测试方法，依次包括如下步骤：
(1)利用控制电路分别控制电机使得第一、二、三、四导体棒依次做切割磁感线运动；
(2)闭合第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第一阈值，则进入步骤(3)，否则进入步骤(4)；
(3)打开第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，闭合第一、二、三、四导体棒对应的第二开关；
(4)利用第一、二、三、四导体棒对应的高精度光敏传感器测量对应的感应灯的光强，并且利用测量到的光强分别对应的产生控制信号，分别控制对应的热敏层温度；
(5)利用控制电路分别控制电机使得第一、二、三、四导体棒同时做切割磁感线运动；
(6)闭合第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，打开第一、二、三、四导体棒对应的第二开关，观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第一阈值，则进入步骤(7)，否则进入步骤(8)；
(7)打开第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，闭合第一、二、三、四导体棒对应的第二开关；
(8)利用第一、二、三、四导体棒对应的高精度光敏传感器测量对应的感应灯的光强，并且利用测量到的光强分别对应的产生控制信号，分别控制对应的热敏层温度，完成测试。
其中步骤(3)还包括观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第二阈值，则对感应电流进行放大。
尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (9)

1.一种教学仪器，包括底板，以及分别相对设置于底板上的第一磁铁和第二磁铁，以及展示板，其中第一磁铁和第二磁铁具有不同的极性，其特征在于：
在底板上还设置有切割组件，并且切割组件设置于第一磁铁和第二磁铁之间；
切割组件包括两个下端分别与底板连接的支杆和腔体，两个支杆的上端分别与腔体连接，使得腔体与底板具有一定的距离；
腔体下部设置有4个通孔，使得4个连接杆能够分别通过通孔，4个连接杆的下端分别依次连接有具有不同等效长度的第一、二、三、四导体棒，等效长度分别记为L1，L2，L3，L4，满足L1<L2<L3<L4；
每一个导体棒的两端分别通过导线与设置于腔体内部的控制电路连接，其中每一个导体棒的其中一端的导线连接线路中接入一并联有第一电阻和第一开关，以及第二电阻和第二开关的电路；连接杆的上端分别连接电机；
展示板包括4个感应灯，以及与4个感应灯分别对应的高精度光敏传感器和热敏层，4个感应灯通过串联的方式分别与第一、二、三、四导体棒连接；其中对应的高精度光敏传感器用于测量对应感应灯的光强，并且利用测量到的光强分别对应的产生控制信号，分别控制热敏层对应的温度；
相邻的热敏层之间还设置有真空层。
2.如权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：每一个连接杆都具有中空结构，使得导线能够通过中空结构后分别连接对应的导体棒和控制电路。
3.如权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：热敏层涂覆有热敏材料，热敏材料能够根据温度产生不同的颜色和/或色深。
4.如权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：展示板设置为1个。
5.如权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：展示板以并联的方式设置为多个。
6.如权利要求5所述的教学仪器，其特征在于：多个展示板设置于不同位置。
7.如权利要求1所述的教学仪器，其特征在于：第一电阻的阻值大于第二电阻的阻值。
8.一种利用如上述权利要求7所述的教学仪器的测试方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
(1)利用控制电路分别控制电机使得第一、二、三、四导体棒依次做切割磁感线运动；
(2)闭合第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第一阈值，则进入步骤(3)，否则进入步骤(4)；
(3)打开第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，闭合第一、二、三、四导体棒对应的第二开关；
(4)利用第一、二、三、四导体棒对应的高精度光敏传感器测量对应的感应灯的光强，并且利用测量到的光强分别对应的产生控制信号，分别控制对应的热敏层温度；
(5)利用控制电路分别控制电机使得第一、二、三、四导体棒同时做切割磁感线运动；
(6)闭合第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，打开第一、二、三、四导体棒对应的第二开关，观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第一阈值，则进入步骤(7)，否则进入步骤(8)；
(7)打开第一、二、三、四导体棒对应的第一开关，闭合第一、二、三、四导体棒对应的第二开关；
(8)利用第一、二、三、四导体棒对应的高精度光敏传感器测量对应的感应灯的光强，并且利用测量到的光强分别对应的产生控制信号，分别控制对应的热敏层温度，完成测试。
9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于：步骤(3)还包括观察4个感应灯的亮度，如果亮度低于预设的第二阈值，则对感应电流进行放大。
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