CN107369367B - 一种电磁转化的演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁转化的演示装置，包括：第一电磁组件、第二电磁组件和第一支撑部；第一电磁组件具有第一连接端和第二连接端，第一支撑部包括支撑主体、第一导体和第二导体，第一导体和第二导体设置在支撑主体上，且第一导体和第二导体各自与支撑主体之间绝缘，第一导体与第二导体之间形成间隔，第一导体具有第三连接端，第二导体具有第四连接端；第一连接端用于连接电源的第一极，第二连接端用于连接第三连接端，第四连接端用于连接电源的第二极；第二电磁组件用于放置在第一导体和第二导体上，且能在第一导体和第二导体上横向摆动；在第二电磁组件位于第一导体和第二导体上的初始位置时，第二电磁组件与第一导体和第二导体形成导电接触。

Description

一种电磁转化的演示装置

技术领域

本发明涉及电能和磁能转化的技术领域，尤其涉及一种能让学生动手动脑地学习的电磁转化的演示装置。

背景技术

电路开关、以及电能转化为磁能是中小学物理/物质科学的内容，图1示出了一种能将这两个概念融合应用的电路构思(例如用于教学目的)。如图1所示，标号11代表第一磁性体，12代表缠绕在第一磁性体11上的导线，13代表电源，14代表第二磁性体(能被磁化，也是个良电导体)，15代表第一导体，16代表第二导体，17代表灯泡，18代表支撑物，用于支撑第一磁性体11。图1所示电路的工作原理为：当第二磁性体14与第一导体15和第二导体16相接触时，电路就会闭合而通电，灯泡17点亮；此时，第一磁性体11周围的电流使其成为磁铁能够将第二磁性体14吸上来，第二磁性体14上移就不再与第一导体15和第二导体16接触，从而导致电路断开，电流中断以及灯泡17熄灭；当电路断开后，第一磁性体11周围的电流消失，第一磁性体11上的磁性消失导致其不能吸住第二磁性体14使其掉下，第二磁性体14掉下来以后又重新与第一导体15和第二导体16接触；当第二磁性体14重新与第一导体15和第二导体16接触后，电路又闭合导通，灯泡17重新点亮，第二磁性体14又重新被第一磁性体11吸起，吸起以后又导致电路断开，第二磁性体14掉下；如此交替往复，即为体现电能转化为磁能，以及磁能从有到无、从无到有的过程。

虽然图1所示的电路从理论上能够体现电路开关、以及电能转化为磁能的原理，但在实践过程中存在局限性，无法形成实际装置产品(目前仅停留在理论上)，这主要体现在以下几个方面：

一、在第二磁性体14不能保证紧压住第一导体15和第二导体16的情况下，不能保证第二磁性体14与第一导体15和第二导体16之间良性接触，也就不能保证第二磁性体14与第一导体15和第二导体16这三者形成一体化的电导体而让电路处于闭合状态；如果增大第二磁性体14的重量来改善其与第一导体15和第二导体16之间的接触效果，那就要求提升电源13的输出功率以提升第一磁性体11的磁力才能保证能将增重的第二磁性体14吸上来，电源13功率的增大会对产品的安全性产生负面影响，并且要求增加电源或从固定电源插座上取电，这将降低产品的实用性。

二、通常第二磁性体14上下移动的幅度很小，因为电路一旦闭合第一磁性体11就立即产生磁力将第二磁性体14往上吸，导致第二磁性体14施加于第一导体15和第二导体16上的压力相应地减小，而压力一旦减小到一定程度(无需等第二磁性体14与第一导体15和第二导体16完全地分开)电路就断开了，第二磁性体14又立即掉下来。因此，幅度如此小的第二磁性体14上下移动是人的肉眼很难清楚分辨的。

三、同样，由于问题二中提及的第二磁性体14上下移动的幅度小、频率快，使得电路开关的频率一般接近100赫兹，这导致电路中的灯泡也会相应地以接近100赫兹的频率闪烁，但一般人眼无法感受到高于60赫兹的光闪频率，也就是说图1所示的电路中灯泡的闪烁不会被观看者察觉到，也就达不到形象表现电能转化为磁能原理的目的。

因此，怎样提供一种能够很好地表现电路开关、以及电能转化为磁能过程的电磁转化的演示装置，是亟待解决的技术问题。

需要说明的是，在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种电磁转化的演示装置，以至少解决相关技术中提到的技术问题。

作为本发明实施例的一个方面，提供了一种电磁转化的演示装置，所述装置包括：第一电磁组件、第二电磁组件和第一支撑部；

所述第一电磁组件具有第一连接端和第二连接端，所述第一支撑部包括支撑主体、第一导体和第二导体，所述第一导体和第二导体设置在所述支撑主体上，且所述第一导体和第二导体各自与所述支撑主体之间绝缘，所述第一导体与所述第二导体之间形成间隔，所述第一导体具有第三连接端，所述第二导体具有第四连接端；

所述第一连接端用于连接电源的第一极，第二连接端用于连接所述第三连接端，所述第四连接端用于连接所述电源的第二极；

所述第二电磁组件用于放置在所述第一导体和第二导体上，且所述第二电磁组件能在所述第一导体和第二导体上横向摆动；

在所述第一连接端连接电源的第一极，第二连接端连接第三连接端，第四连接端连接电源的第二极，且所述第二电磁组件位于所述第一导体和第二导体上的初始位置时，所述第二电磁组件与所述第一导体和第二导体形成导电接触，所述第二电磁组件、第一导体、第一电磁组件、电源、第二导体形成闭合回路；

所述第一电磁组件具有第一接触端，所述第二电磁组件具有第二接触端，在所述形成闭合回路时，所述第一电磁组件产生的磁力吸引所述第二电磁组件横向摆动到第一位置；在所述第一位置时，所述第二接触端与所述第一接触端相接触、或者靠近但未接触，且第二电磁组件与所述第一导体和/或第二导体不再形成导电接触，所述闭合回路断开，所述第二电磁组件横向回摆到第二位置；处于所述第二位置的所述第二电磁组件与所述第一导体和第二导体之间形成导电接触，形成所述闭合回路，所述第一电磁组件产生的磁力重新吸引所述第二电磁组件横向摆动到所述第一位置；如此，所述第二电磁组件在所述第一位置与第二位置之间来回摆动时，所述回路在断开与闭合之间来回变换。

在一可实施方式中，所述第一导体上具有绝缘区域和导电区域，所述第二导体上也具有绝缘区域和导电区域；当所述第二电磁组件横向摆动到所述第一位置时，所述第二电磁组件仅与所述第一导体和第二导体上的绝缘区域接触，以使所述第二电磁组件与所述第一导体和第二导体不形成导电接触；当所述第二电磁组件横向回摆到所述第二位置时，所述第二电磁组件与所述第一导体和第二导体上的导电区域接触。

在一可实施方式中，所述导电区域上的绝缘贴片形成所述绝缘区域。

在一可实施方式中，所述第一电磁组件包括：第一磁性体、支架和电线，

所述第一磁性体固定在所述支架上，所述电线缠绕在所述第一磁性体上，且所述电线的一端连接所述第一电磁组件的第一连接端，另一端连接所述第一电磁组件的第二连接端。

在一可实施方式中，所述支架包括第一基底、第二基底、框架和支撑板，

所述框架固定在所述第一基底和第二基底上，所述支撑板固定在所述框架顶部，且所述支撑板的一部分突出于所述框架之外，突出于所述框架之外的支撑板上开设有孔洞，所述第一磁性体穿过所述孔洞并经由固定件固定在所述支撑板上，且所述第一磁性体的第一接触端裸露于所述孔洞之外。

在一可实施方式中，所述第二电磁组件包括：第二磁性体和导电底盘，

所述第二磁性体的一端作为所述第二接触端，另一端固定在所述导电底盘上，所述导电底盘用于放置在所述第一导体和第二导体上。

在一可实施方式中，所述第二磁性体为可被磁化的金属长螺丝，所述导电底盘为金属底盘，所述金属底盘具有带螺纹的孔洞，所述金属长螺丝旋入所述带螺纹的孔洞中，并可从孔洞穿出；所述金属长螺丝穿过所述孔洞的长度可变，且所述金属长螺丝与所述孔洞之间的相对位置由螺母锁定。

在一可实施方式中，所述导电底盘与所述第一导体和第二导体的接触面积小于一阈值，以使所述第二电磁组件施加于所述第一导体和第二导体上的压强满足预设条件。

在一可实施方式中，所述支撑主体具有第一支撑面和第二支撑面，所述第二支撑面高于所述第一支撑面，所述第一导体和第二导体位于所述第一支撑面上。

在一可实施方式中，所述第一导体和第二导体用于支撑所述第二电磁组件的平面，与所述第一支撑面之间存在夹角。

在一可实施方式中，所述第一支撑面上还设有阻挡块，所述阻挡块位于所述第一支撑面上所述第一导体与所述第二导体所形成的间隔内，且所述阻挡块位于所述第一电磁组件与所述第二电磁组件之间，用于阻挡所述第二电磁组件向靠近所述第一电磁组件的方向摆动时翻倒。

在一可实施方式中，所述第二支撑面上放置有被敲击部件，当所述第二电磁组件横向回摆到第二位置时，所述第二电磁组件能够敲击到所述被敲击部件。

在一可实施方式中，所述装置还包括灯泡，所述灯泡具有第五连接端和第六连接端，所述第一导体具有第七连接端，所述第二导体具有第八连接端，所述第五连接端用于连接所述第七连接端，所述第六连接端用于连接所述第八连接端。

在一可实施方式中，所述第五连接端和第六连接端之间具有电阻，所述电阻与所述灯泡串联。

本发明实施例采用上述技术方案，具有如下优点：

通过本发明实施例的演示装置，能够有效地表现电路开关、以及电能转化为磁能的过程和原理。第一导体和第二导体倾斜设置，能够提升第二磁性体与第一导体和第二导体的接触效果；以用户可观的第二磁性体横向摆动幅度代替极小幅度地上下振动，能让观察者清楚地看到第二磁性体的横向摆动过程；通过声音和/或灯泡的闪烁，进一步地丰富了观察者对于电路开关、以及电能转化为磁能过程的感知。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。

图1为相关技术中一种将电路开关、以及电能转化为磁能这两个概念融合应用的电路构思示意图；

图2为本发明实施例二的第一电磁组件的组成结构示意图；

图3a为本发明实施例三的第二电磁组件的组成结构示意图一；

图3b为本发明实施例三的第二电磁组件的组成结构示意图二；

图4a为本发明实施例四的第一支撑部的组成结构示意图一；

图4b为本发明实施例四的第一支撑部的组成结构示意图二；

图5为本发明实施例四的第一支撑部的底部示意图；

图6a为本发明实施例五的第一支撑部上放置第二磁性组件和被敲击部件的示意图一；

图6b为本发明实施例五的第一支撑部上放置第二磁性组件和被敲击部件的示意图二；

图7为本发明实施例六的一种电源示意图；

图8为本发明实施例七的一种电磁转化的演示装置的结构示意图一；

图9为本发明实施例七的一种电磁转化的演示装置的结构示意图二；

图10为本发明实施例七的一种电磁转化的演示装置的结构示意图三；

图11为本发明实施例八的一种第一导体和第二导体的结构示意图；

图12a为本发明实施例八中第二磁性组件与第一导体和第二导体的接触面示意图一；

图12b为本发明实施例八中第二磁性组件与第一导体和第二导体的接触面示意图二；

图13为本发明实施例十的一种电磁转化的演示装置的结构示意图一；

图14为本发明实施例十的一种电磁转化的演示装置的结构示意图二；

图15a为本发明实施例十一的第一导体和第二导体的结构示意图一；

图15b为本发明实施例十一的第一导体和第二导体的结构示意图一；

图16为本发明实施例十二的一种电磁转化的演示装置的结构示意图；

图17为本发明实施例十三的一种电磁转化的演示装置的结构示意图一；

图18为本发明实施例十三的一种电磁转化的演示装置的结构示意图二。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

实施例一

为形象地表现电路开关、以及电能转化为磁能的过程，本发明实施例提供一种电磁转化的演示装置，该装置主要包括：第一电磁组件、第二电磁组件和第一支撑部；

第一电磁组件具有第一连接端和第二连接端，第一支撑部包括支撑主体、第一导体和第二导体，第一导体和第二导体设置在支撑主体上，且第一导体和第二导体各自与支撑主体之间绝缘，第一导体与第二导体之间形成间隔，第一导体具有第三连接端，第二导体具有第四连接端；

第一连接端用于连接电源的第一极，第二连接端用于连接第三连接端，第四连接端用于连接电源的第二极；

第二电磁组件用于放置在第一导体和第二导体上，且第二电磁组件能在第一导体和第二导体上横向摆动；

在所述第一连接端连接电源的第一极，第二连接端连接第三连接端，第四连接端连接电源的第二极，且第二电磁组件位于第一导体和第二导体上的初始位置时，第二电磁组件与第一导体和第二导体形成导电接触，第二电磁组件、第一导体、第一电磁组件、电源、第二导体形成闭合回路；

第一电磁组件具有第一接触端，第二电磁组件具有第二接触端，在形成闭合回路时，第一电磁组件产生的磁力吸引第二电磁组件横向摆动到第一位置；在第一位置时，第二接触端与第一接触端相接触、或者靠近但未接触，且第二电磁组件与第一导体和/或第二导体不再形成导电接触，闭合回路断开，第二电磁组件横向回摆到第二位置；处于第二位置的第二电磁组件与第一导体和第二导体之间形成导电接触，形成闭合回路，第一电磁组件产生的磁力重新吸引第二电磁组件横向摆动到第一位置；如此，第二电磁组件在第一位置与第二位置之间来回摆动时，回路在断开与闭合之间来回变换。

下面结合具体附图详细阐述第一电磁组件、第二电磁组件和第一支撑部各自的结构组成。

实施例二

参见图2，图2示出了一种第一电磁组件的结构组成，第一电磁组件包括：第一磁性体、支架和电线，第一磁性体固定在支架上，电线缠绕在第一磁性体上，且电线的一端连接第一电磁组件的第一连接端，另一端连接第一电磁组件的第二连接端。

其中，支架包括第一基底101a、第二基底101b、框架102和支撑板103，框架102固定在第一基底101a和第二基底101b上，支撑板103固定在框架102顶部，且支撑板103的一部分突出于框架102之外，突出于框架102之外的支撑板103上开设有孔洞(被支撑板103遮挡，图中未示出)，第一磁性体11穿过孔洞并经由固定件104固定在支撑板103上，且第一磁性体11的第一接触端105裸露于孔洞之外。第一磁性体11的表面缠绕有电线12，支撑板103上固定有两个金属杆，分别是106a和106b，电线12的一端连接金属杆106a(可以缠绕在金属杆106a上面)，另一端连接金属杆106b(可以缠绕在金属杆106b上面)，金属杆106a和106b作为电线12与电路中其他元件连接的端点，也即前述实施例一中提及的第一连接端和第二连接端。另外，如图2所示，第一磁性体11的底部可以具有螺纹(甚至第一磁性体11就可以做成磁性长螺丝)，且孔洞的内壁也具有与第一磁性体11相适应的螺纹，这样，第一磁性体11的底部可以旋入孔洞，并从孔洞下方露出来，这样也实现了让第一磁性体11的第一接触端105裸露于孔洞之外。

需要说明的是，本发明实施例的支架并非仅限于图2中所示的这种第一基底101a、第二基底101b、框架102和支撑板103的结构和组成形式，实际应用中能够起到支撑第一磁性体作用的任何形式的支架结构和组成，应当都属于本发明实施例的保护范围。另外，本发明实施例的第一磁性体11是由可被磁化的材料做成，如铁、钢等等，本发明实施例不对第一磁性体11的制作材料进行限制，只要能满足电线12被通电时，第一磁性体11能够被磁化并产生磁性即可。金属杆106a和106b要能够导电，支架要是绝缘的，即在本实施例中构成支架的第一基底101a、第二基底101b、框架102和支撑板103都应当为绝缘材料，不可导电。

实施例三

参见图3a和3b，图3a和3b示出了一种第二电磁组件的结构组成，第二电磁组件包括：第二磁性体201和导电底盘202，第二磁性体201的一端作为第二接触端204，另一端固定在导电底盘202上，导电底盘202用于放置在第一导体和第二导体上。

其中，第二磁性体201是由可被磁化的材料做成，如铁、钢等等，实际中第二磁性体201可以做成金属长螺丝，导电底盘202为金属底盘(可导电、但不一定可被磁化)，金属底盘202具有带螺纹的孔洞205，金属长螺丝旋入带螺纹的孔洞中205，并可从孔洞205穿出；金属长螺丝穿过孔洞205的长度可变，且金属长螺丝与孔洞205之间的相对位置由螺母203锁定。也就是说，用户可以自由调整金属长螺丝顶端至金属底盘202上表面之间的长度h、即金属长螺丝从孔洞205下端露出的长度是可以自由调整的(露出长度越多，h就越小，露出长度越小，h就越大)，这样能够提升装置的应用灵活性。

另外，导电底盘202可以为圆形或椭圆形的底盘，孔洞205开设于导电底盘202的中心位置。本发明实施例不限制导电底盘202的形状，实际应用中任何适用于本发明实施例的导电底盘202形状应当都属于本发明实施例的保护范围。导电底盘202与第二磁性体201也可不采用螺纹连接的方式，也可不用螺母203，实际应用中，只要满足第二电磁组件放置在第一导体和第二导体上，且能在第一导体和第二导体上横向摆动即可；至于长度是否可调，也可根据实际需要进行选择。

实施例四

参见图4a和4b，图4a和4b示出了一种第一支撑部的结构组成，第一支撑部具有第一支撑面301和第二支撑面302，第二支撑面302高于第一支撑面301，第一导体303和第二导体304位于第一支撑面301上，第一导体303和第二导体304之间形成间隔，使得第一导体303和第二导体304之间不相互接触。当然，实际应用中，也可不采用双层支撑面的设计，可以采用单层支撑面的设计，或者采用更多层支撑面的设计，以满足更加丰富的实际需求。关于本发明实施例中设计成双层支撑面的目的和优点，将在后续实施例中具体阐述。

其中，第一导体303和第二导体304用于支撑第二电磁组件的平面(即303和304的上表面)，与第一支撑面301之间存在夹角。具体参见图4b所示，第一导体303和第二导体304为矩形形状，可以将第一导体303和第二导体304底部一侧垫高，这样即能达到让第一导体303和第二导体304的上表面与第一支撑面301之间存在夹角的目的，即让第一导体303和第二导体304的上表面成为斜面，其夹角的大小可以根据实际情况进行选定，本发明实施例不做具体限制，例如：夹角可以设置为10°、15°、[5°，30°]、[20°，45°]等等。设置成斜面或设置成具有夹角的目的和优点，将在后续实施例中具体阐述。

其中，第一支撑面301上还可设有阻挡块305，阻挡块305位于第一支撑面301上第一导体303与第二导体304所形成的间隔内，且阻挡块305位于第一电磁组件与第二电磁组件之间，用于阻挡第二电磁组件向靠近第一电磁组件的方向摆动时翻倒。将结合后续实施例再具体阐述。

第一导体上可设置若干个金属杆，如图4a和4b中所示的金属杆306a、306b，第二导体上也可设置若干个金属杆，如图4a和4b中所示的金属杆306c、306d，金属杆可以作为第一导体和第二导体接入电路的连接端来使用，当然，实际应用中，也可采用其他的让第一导体和第二导体接入电路的连接方式和结构，本发明实施例不做过多限制。其中，金属杆306a即可作为前述实施例一中提及的第一导体303的第三连接端，金属杆306b即可作为前述实施例二中提及的第二导体304的第四连接端。金属杆306c即可作为发明内容部分提及的第一导体的第七连接端，金属杆306d即可作为发明内容部分提及的第二导体的第八连接端。

需要说明的是，在所述第一支撑部中，第一导体303与第二导体304可导电，金属杆可导电，除此之外，其他组成部件均为绝缘材料制成。另外，参见图5，第一支撑部的底部301a可以做成防滑面，防止在使用过程中第一支撑部滑动。

其中，第二支撑面302上可放置有被敲击部件，当第二电磁组件横向回摆到第二位置时，第二电磁组件能够敲击到被敲击部件而发出声音，这样就能用声音的方式来表现电能向磁能转化的过程和频率。第二支撑面302可以做成防滑面，防止在使用过程中第二支撑面302上放置的被敲击部件随意滑动。在后续实施例中将做详细阐述。

实施例五

参见图6a和6b，示出了第一支撑部上放置第二磁性组件和被敲击部件的实施例。第二磁性组件02被放置在第一支撑部的第一导体303和第二导体304上，被敲击部件03被放置在第一支撑部的第二支撑面上；这样，在第一磁性组件产生的磁力作用下，第二磁性组件02在横向上来回摆动(对应图6a和6b中，即左右摆动)，向右摆动会让第二磁性组件02的顶端敲击到被敲击部件03，从而发出声音，向左摆动会让第二磁性组件02的顶端与第一磁性组件靠近(不一定接触)，而阻挡块305能够在第二电磁组件02向靠近第一电磁组件的方向摆动时，阻挡第二电磁组件02防止其因摆动幅度过大而翻倒。

另外，参见图6b第一支撑部设置成双层支撑面的好处是，使用者可以将被敲击部件03的一部分移到第二支撑面302之外，即让被敲击部件03更靠近第二磁性组件02；也就是说，在双层支撑面的结构下，被敲击部件03与第二磁性组件02之间的距离可调节，这样，就相当于第二磁性组件02敲击被敲击部件03的频率和力度可调节，被敲击部件03离第二磁性组件02越近，敲击的频率越高(频率越高，观察者越不容易看清摆动过程)、力度越大(力度会影响敲击的声音，力度越大声音越大)，被敲击部件03离第二磁性组件02越远，敲击的频率越低(频率越低，观察者越容易看清摆动过程)、力度越小(力度会影响敲击的声音，力度越小声音越小)。相比较而言，如果第一支撑部设置成单层支撑面，那么被敲击部件03与第二磁性组件02之间的距离就不像双层支撑面的结构下这么好调整，至少无法让被敲击部件03与第二磁性组件02之间的距离足够小。

被敲击部件03可以是水杯、烧杯，或者其他器具，本发明实施例不做限制。水杯或烧杯被敲击时会发出清脆的声音，并且水杯或烧杯内盛放不同量的液体时，其敲击发出的声音音调是变化的，这样也增加了趣味性与学习点，尤其是当其作为教学工具使用时，这种形象地演示效果更能够激发学生动手动脑地学习。

实施例六

参见图7，本发明实施例的电源可以由串联/并联的电池401提供，电池401放置在专门的电池盒里，从电源的正负极各引出一条导线，即402和403，其中一个代表电源的正极，另一个代表电源的负极。导线上可以设置鳄鱼夹，以方便与电路中的其他组件连接，例如鳄鱼夹可以直接夹住其他组件上的金属杆，实现连接。当然，本发明实施例并不仅限于这种连接方式。

实施例七

参见图8，示出了本发明实施例的一种电磁转化的演示装置的结构一。电源04的第一极(正极或负极)连接第一磁性组件的连接端106a，第二极(负极或正极)连接第一支撑体上第二导体304的连接端306c，第一磁性组件的连接端106b连接第一支撑体上第一导体303的连接端306a。其中，连接的方式可以采用图8中所示的鳄鱼夹，当然也可以采用其他方式，本发明实施例不做限制。

接着参见图9，示出了本发明实施例的一种电磁转化的演示装置的结构二。与图8相比，图9在图8所示的结构基础上，第一导体303和第二导体304上放置有第二磁性组件02。

再参见图10，示出了本发明实施例的一种电磁转化的演示装置的结构三。图10是在图9的结构基础上，将第一支撑部与第一磁性组件之间靠近(对应图9中所示，即将第一支撑部向左推动，或者将第一磁性组件向右推)，目的是让第一磁性组件的第一磁性体11与第二磁性组件靠近，或者更具体的，是让第一磁性体11的第一接触端105与第二磁性体201的第二接触端204靠近，这样，当第一磁性体产生磁力时，能够将第二磁性体201吸引过来，使第二磁性体201的第二接触端204与第一磁性体11的第一接触端105相靠近(不一定接触)。

实施例八

参见图11，示出了本发明实施例的一种第一导体和第二导体的结构。

同时对比图1所示的第二磁性体14与第一导体15和第二导体16之间的放置关系，在第二磁性体14不能保证紧压住第一导体15和第二导体16的情况下，不能保证第二磁性体14与第一导体15和第二导体16之间良性接触，也就不能保证第二磁性体14与第一导体15和第二导体16这三者形成一体化的电导体而让电路处于闭合状态；如果增大第二磁性体14的重量来改善其与第一导体15和第二导体16之间的接触效果，那就要求提升电源13的输出功率以提升第一磁性体11的磁力才能保证能将增重的第二磁性体14吸上来，电源13功率的增大会对产品的安全性产生负面影响，并且要求增加电源或从固定电源插座上取电，这将降低产品的实用性，尤其是演示装置作为教学工具时的实用性。

那么，图11中将第一导体303和第二导体304适当倾斜，这样减小了第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304之间的接触面积。图1所示的结构中，第二磁性体14与第一导体15和第二导体16之间的接触面积，如图12a中的阴影部分所示，为两个弓形的接触面(假设第二磁性体14的支撑底盘为圆形的前提下)；图11所示的结构中，第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304之间的接触面积，如图12b中的阴影所示，为两个圆点。那么，根据压强＝垂直力/接触面积，在第二磁性组件的重量相同的情况下，显然，图11中施加给第一导体303和第二导体304上的压强，要远大于图1中施加给第一导体15和第二导体16上的压强；这样，图11中第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304之间的接触效果要明显优于图1中第二磁性体14与第一导体15和第二导体16之间的接触效果。如此，即解决了背景技术中提到的第一点技术问题。

另外，第二磁性组件02施加于第一导体303和第二导体304上的有效垂直力＝第二磁性组件02的重力×倾斜角α的余弦，由于余弦值随着倾斜角α的增加而减少，所以倾斜角α越大，第二磁性组件02施加于第一导体303和第二导体304的有效垂直力就会越小。因此，采取较小取值的倾斜角α使得有效垂直力只减小少许(比如10°倾斜角的余弦是0.98，所以有效垂直力只减小百分之二)，而第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304的接触面仍然是一个点，所以接触面积仍然是非常小。这样一来，第二磁性组件02施加于第一导体303和第二导体304的压强就可以在不增加第二磁性组件02之重量的情况下大大地提高了，确保第二磁性组件02放置在第一导体303和第二导体304上时，与第一导体303和第二导体304之间的接触良好，三者形成一体化的电导体。

实际应用中，形成所述倾斜角α的方法有很多种，例如将第一导体303和第二导体304底部的一侧垫高等等，本发明实施例不做具体限制。另外，倾斜角α的取值并不仅限于上述所举的10°，还可为其他取值，只要满足第二磁性组件02施加于第一导体303和第二导体304上的垂直力要求即可。另外，本发明实施例中的导电底盘可以为圆形或椭圆形的导电底盘，当然本发明实施例并非仅限于这些形状，也可以为其他形状；但无论如何，需保证第二磁性组件02能够在第一导体303和第二导体304上横向地来回摆动，并且导电底盘与第一导体303和第二导体304的接触面积小于一定的预设阈值，以使第二电磁组件施加于所述第一导体和第二导体上的压强满足预设条件，即：保证第二磁性组件02施加给第一导体303和第二导体304的压强足够大，足以保证第二磁性组件02放置在第一导体303和第二导体304上时，导电底盘与第一导体303和第二导体304之间保持良性接触。

下面介绍本发明实施例的演示装置的几种具体表现形式。

实施例九

参见图10，本发明实施例的演示装置可以表现为一种蜂鸣器。需要说明的是，所述蜂鸣器采用图11所示的第一导体和第二导体结构。在图9所示的状态下，将第一支撑部与第一磁性组件靠近，让第二磁性体201位于第一磁性组件的第一磁性体11的下方，从而使第一磁性体11的第一接触端105与第二磁性体201的第二接触端204靠近但并未接触。那么图10所示蜂鸣器的工作原理为：电源04、第一磁性组件的电线12、第一导体303、第二磁性组件02、第二导体304之间形成闭合回路，电线12上有电流通过时，第一磁性体11被磁化而产生磁力；在磁力作用下，第一磁性体11将下方的第二磁性组件稍稍02吸起，从而第一磁性体11的第一接触端105与第二磁性组件02的第二接触端204接近但未接触，此时第二磁性组件02已经与第一导体303和第二导体304脱离，从而使第一导体303与第二导体304之间的导电连接断开，闭合回路随之断开，电线12上的电流消失，第一磁性体11失去磁力，从而第二磁性组件02掉落下来，重新掉落到第一导体303和第二导体304上；当第二磁性组件02掉落到第一导体303和第二导体304上后，第一导体303与第二导体304之间的导电连接重新闭合，电路重新闭合，电线12上有新的电流通过，第一磁性体11重新产生磁力，将第二磁性组件02重新吸起，吸起以后第一导体303与第二导体304之间的导电连接又再次断开；如此交替往复，外在表现即是第二磁性组件02不断的被第一磁性体稍稍11吸起(第一接触端105与第二接触端204并不会接触)、掉落，又稍稍吸起、又掉落，不断重复。而由于第二磁性组件02反复地被稍稍吸起后又掉落到第一导体303和第二导体304上，那么就表现为第二磁性组件02在第一导体303和第二导体304上以一定的频率(如100赫兹左右)微微上下振动，而第二磁性组件02上下振动即会产生类似蜜蜂发出的嗡嗡声，也称蜂鸣声，此即所谓的蜂鸣器。

另外，实际应用中，在磁力允许的情况下，可以通过调节第一接触端105与第二接触端204之间的间距d，来改变蜂鸣的频率和声音大小；d的值越大，蜂鸣的频率越小，声音越大；d的值越小，蜂鸣的频率越大，声音越小。d值的调节可以通过图3a中h值的调整来实现，如想要增大d的值，即可通过调小h的值来实现；如想要减小d的值，即可通过调大h的值来实现。

通过蜂鸣器的装置，在声音上即体现了电能转化为磁能的原理和过程，能够作为教学工具使用。在实施例九中，由于不需第二磁性组件02在横向上来回摆动，因此也可以不需要阻挡块305。

实施例十

参见图13，本发明实施例的演示装置可以表现为一种钟摆。需要说明的是，所述钟摆采用图11所示的第一导体和第二导体结构。在图13所示的状态下，第一支撑部靠近第一磁性组件，让第二磁性组件02位于第一磁性体11右方，从而使第一磁性体11的第一接触端105与第二磁性体201的第二接触端204靠近但并未接触。那么图13所示钟摆的工作原理为：电源04、第一磁性组件的电线12、第一导体303、第二磁性组件02、第二导体304之间形成闭合回路，电线12上有电流通过时，第一磁性体11被磁化而产生磁力；在磁力作用下，第二磁性组件02向图中所示x方向摆动，如图14所示，从而第一磁性体11的第一接触端105与第二磁性组件02的第二接触端204接触(当然也可以设置成让第一接触端105与第二接触端204只接近但不接触)，此时第二磁性组件02的底盘仅与第一导体303上的第一绝缘贴片307a接触，并仅与第二导体304上的第二绝缘贴片307b接触，从而使第一导体303与第二导体304之间的导电连接断开，闭合回路随之断开，电线12上的电流消失，第一磁性体11失去磁力，此时第二磁性组件02沿图中所示y方向回摆，当回摆到第二磁性组件02的底盘重新与第一导体303和第二导体304的导电区域接触时，第一导体303与第二导体304之间的导电连接重新闭合，电路重新闭合，电线12上有新的电流通过，第一磁性体11重新产生磁力；在新磁力的作用下，第二磁性组件02又向图中所示x方向摆动，当摆动到第二磁性组件02的底盘重新与第一绝缘贴片307a和第二绝缘贴片307b接触时，第一导体303与第二导体304之间的导电连接再次断开，闭合回路随之断开，第二磁性组件02再次沿图中所示y方向回摆。如此交替往复，外在表现即是第二磁性组件02沿x和y方向来回摆动，类似钟摆。当然，为阻止第二磁性组件02沿x方向摆动过度而翻倒，可以增加阻挡块305；同样地，为阻止第二磁性组件02沿y方向摆动过度而翻倒，也可以在阻挡块305的对称位置也增加一阻挡块，用于限制第二磁性组件02沿y方向摆动的幅度。

另外，实际应用中，在磁力允许的情况下，可以通过调节第一接触端105与第二接触端204之间的间距d，来改变钟摆的摆动频率；d的值越大，摆动频率越小；d的值越小，摆动频率越大。d值的调节可以通过图3a中h值的调整来实现，如想要增大d的值，即可通过调小h的值来实现；如想要减小d的值，即可通过调大h的值来实现。当然，也可以通过调整第一支撑部与第一磁性组件的间距，来实现d值的调节。

通过钟摆的装置，在第二磁性组件02的横向来回摆动上即体现了电能转化为磁能的原理和过程，能够作为教学工具使用。

实施例十一

参见图15a和15b，示出了本发明实施例十的第一导体303和第二导体304的结构。第一导体303上设置有第一绝缘贴片307a，第二导体304上设置有第二绝缘贴片307b，第一绝缘贴片307a和第二绝缘贴片307b即形成第一导体303和第二导体304上的绝缘区域，除此之外，第一导体303和第二导体304上的其他区域为导电区域。在图13中，第二磁性组件02沿y方向摆动时，第二磁性组件02的支撑底盘的左边翘起，第二磁性组件02与第一导体303的接触点为图15a中的点A，第二磁性组件02与第二导体304的接触点为图15a中的点B；第二磁性组件02沿x方向摆动时，第二磁性组件02的支撑底盘的右边翘起，第二磁性组件02与第一导体303的接触点为图15b中的点C，第二磁性组件02与第二导体304的接触点为图15b中的点D。

需要说明的是，实际应用中，可以设置第二磁性组件02沿x方向摆动并不让第二磁性组件02的第二接触点204最终与第一磁性体11的第一接触点105接触上，因为距离第一接触点105越近的地方磁力作用越大，没必要让第一磁性体11完全将第二磁性组件02吸住，只要能实现让第二磁性组件02横向来回摆动即可。在失去磁力的情况下，第二磁性组件02会像不倒翁一样朝y方向回摆至平衡点，而接着又由于惯性继续朝y方向摆；第二磁性组件02的金属盘底部与第一导体303和第二导体304的导电区域一旦接触(即第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304的接触点一旦移出绝缘区域)，电路即会闭合而第一磁性体11的磁力就恢复，但此时第二磁性组件02与第一磁性体11的距离已经很大了，再加上第二磁性组件02有朝向y方向的惯性，所以第一磁性体11的磁力不起主要作用；当第二磁性组件02朝向y方向摆动到一定程度后，它会像不倒翁一样朝向x方向回摆向平衡点，而又由于惯性和第一磁性体11的磁力作用继续朝向x方向摆动，而摆过平衡点。这样第二磁性组件02就这样不停地在横向上来回摆动。

实施例十二

参见图16，本发明实施例的演示装置可以表现为一种敲钟器。需要说明的是，所述钟摆采用图11所示的第一导体和第二导体结构。实施例十二是在实施例十的基础上，在第一支撑部的第二支撑面上放置被敲击部件，本实施例以烧杯03为例进行说明。其他实施过程与实施例十相同，不再赘述。只是，当第二磁性组件02沿y方向摆动到一定程度时，能够敲击烧杯03发出清脆的敲击声，类似敲钟，此即所谓的敲钟器。

通过敲钟器的装置，在第二磁性组件02的横向来回摆动、以及敲击烧杯03发出的一定频率的敲击声上即体现了电能转化为磁能的原理和过程，能够作为教学工具使用。

需要说明的是，可以通过调节烧杯03与第二磁性组件02之间的距离m，以调节敲击烧杯03的力度和频率。m的值越大，敲击的频率越小，力度越小；m的值越小，敲击的频率越大，力度越大。另外，烧杯内盛放不同量的液体时，其敲击发出的声音音调是变化的，这样也增加了教学的趣味性。

实施例十三

参见图17，本发明实施例的演示装置可以表现为一种闪烁灯。需要说明的是，所述闪烁灯采用图11所示的第一导体和第二导体结构。本实施例仍然具有与实施例十同样的钟摆功能，同样结合实施例十的图13，在图13的基础上，增加灯泡05，灯泡05的一端(为前述实施例中提及的第五连接端)电性连接第一导体303(例如连接到第一导体303的第七连接端)，另一端(为前述实施例中提及的第六连接端)电性连接第二导体304(例如连接到第一导体303的第八连接端)。在实施例十所述原理的基础上，当第二磁性组件02朝向x方向摆动使得第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304的接触点完全落在其绝缘区域上时，灯泡05点亮；当第二磁性组件02朝向y方向摆动使得第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304的接触点落在其导电区域上时，灯泡05熄灭。

通过闪烁灯和钟摆的装置，在第二磁性组件02的横向来回摆动、以及灯泡05闪烁上即体现了电能转化为磁能的原理和过程，能够作为教学工具使用。在此基础上也还可以结合增加被敲击部件03，从声音上体现电能转化为磁能的原理和过程，本发明实施例不再赘述。

另外，本实施例的电路中，灯泡05与第二磁性组件02、第一导体303、第二导体304的连接关系如图18所示，灯泡05与第二磁性组件02、第一导体303、第二导体304为并联的关系。这与图1所示的电路中灯泡串联在电路中的连接方式相比，其优点体现在：

若灯泡以串联的方式与电路中的其他元件连接，电源施加于第一磁性体11两端的电压实际上会很小，这导致它无法产生足够的磁力来达到吸引第二磁性组件02的目的；原因是灯泡的电阻比电路中其他元件的都高很多，灯泡分担了电路中的绝大部分电压；而若要通过提升电源的电压来满足磁力需求的话，最终加载在灯泡两端的电压肯定会超出灯泡能承受的负荷，导致灯泡损坏，因此，这种矛盾在串联电路中无法得到平衡和解决。

而对于图18所示的并联电路而言，当第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304导电接触时，灯泡05相当于被短路，电路中的绝大部分电流会流过第一导体303、第二磁性组件02、第二导体304，而不会流过灯泡05，因此灯泡05不会点亮；在这种情况下，电路中的电压主要施加在第一磁性体11两端，从而相对较小的电源04电压即能让第一磁性体11获得足够大的磁力。而当第二磁性组件02与第一导体303和第二导体304断开接触时，电路中的电流会流过灯泡05，而由于不再需要电源04提供过高的电压，也就不会超出灯泡05能承受的电压，灯泡就能亮起来。

另外，在本发明实施例中，可以在灯泡的第五连接端和第六连接端之间增设电阻，所述电阻与灯泡串联，这样能够降低通过灯泡的电流强度，对灯泡起到保护作用。也就是说，灯泡串联电阻后，其串联线路的一端电性连接第一导体303，另一端电性连接第二导体304；这样，一方面线路上的电阻值增加使得通过灯泡的电流强度得到降低，另一方面，电阻分担了一定的电压，能有效降低串联的灯泡两端的电压，使之不超出灯泡能承受的电压。

综上所述，通过本发明实施例的演示装置，能够有效地表现电路开关、以及电能转化为磁能的过程和原理。第一导体和第二导体倾斜设置，能够提升第二磁性体与第一导体和第二导体的接触效果；以用户可观的第二磁性体横向摆动幅度代替极小幅度地上下振动，能让观察者清楚地看到第二磁性体的横向摆动过程；通过声音和/或灯泡的闪烁，进一步地丰富了观察者对于电路开关、以及电能转化为磁能过程的感知。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种电磁转化的演示装置，其特征在于，所述装置包括：第一电磁组件、第二电磁组件和第一支撑部；

所述第一电磁组件具有第一连接端和第二连接端，所述第一支撑部包括支撑主体、第一导体和第二导体，所述第一导体和第二导体设置在所述支撑主体上，且所述第一导体和第二导体各自与所述支撑主体之间绝缘，所述第一导体与所述第二导体之间形成间隔，所述第一导体具有第三连接端，所述第二导体具有第四连接端；

所述第一连接端用于连接电源的第一极，第二连接端用于连接所述第三连接端，所述第四连接端用于连接所述电源的第二极；

所述第二电磁组件用于放置在所述第一导体和第二导体上，且所述第二电磁组件能在所述第一导体和第二导体上横向摆动；

在所述第一连接端连接电源的第一极，第二连接端连接第三连接端，第四连接端连接电源的第二极，且所述第二电磁组件位于所述第一导体和第二导体上的初始位置时，所述第二电磁组件与所述第一导体和第二导体形成导电接触，所述第二电磁组件、第一导体、第一电磁组件、电源、第二导体形成闭合回路；

所述第一电磁组件具有第一接触端，所述第二电磁组件具有第二接触端，在所述形成闭合回路时，所述第一电磁组件产生的磁力吸引所述第二电磁组件横向摆动到第一位置；在所述第一位置时，所述第二接触端与所述第一接触端相接触、或者靠近但未接触，且第二电磁组件与所述第一导体和/或第二导体不再形成导电接触，所述闭合回路断开，所述第二电磁组件横向回摆到第二位置；处于所述第二位置的所述第二电磁组件与所述第一导体和第二导体之间形成导电接触，形成所述闭合回路，所述第一电磁组件产生的磁力重新吸引所述第二电磁组件横向摆动到所述第一位置；如此，所述第二电磁组件在所述第一位置与第二位置之间来回摆动时，所述回路在断开与闭合之间来回变换。

2.根据权利要求1所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述第一导体上具有绝缘区域和导电区域，所述第二导体上也具有绝缘区域和导电区域；当所述第二电磁组件横向摆动到所述第一位置时，所述第二电磁组件仅与所述第一导体和第二导体上的绝缘区域接触，以使所述第二电磁组件与所述第一导体和第二导体不形成导电接触；当所述第二电磁组件横向回摆到所述第二位置时，所述第二电磁组件与所述第一导体和第二导体上的导电区域接触。

3.根据权利要求2所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述导电区域上的绝缘贴片形成所述绝缘区域。

4.根据权利要求1所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述第一电磁组件包括：第一磁性体、支架和电线，

所述第一磁性体固定在所述支架上，所述电线缠绕在所述第一磁性体上，且所述电线的一端连接所述第一电磁组件的第一连接端，另一端连接所述第一电磁组件的第二连接端。

5.根据权利要求4所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述支架包括第一基底、第二基底、框架和支撑板，

所述框架固定在所述第一基底和第二基底上，所述支撑板固定在所述框架顶部，且所述支撑板的一部分突出于所述框架之外，突出于所述框架之外的支撑板上开设有孔洞，所述第一磁性体穿过所述孔洞并经由固定件固定在所述支撑板上，且所述第一磁性体的第一接触端裸露于所述孔洞之外。

6.根据权利要求1所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述第二电磁组件包括：第二磁性体和导电底盘，

所述第二磁性体的一端作为所述第二接触端，另一端固定在所述导电底盘上，所述导电底盘用于放置在所述第一导体和第二导体上。

7.根据权利要求6所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述第二磁性体为可被磁化的金属长螺丝，所述导电底盘为金属底盘，所述金属底盘具有带螺纹的孔洞，所述金属长螺丝旋入所述带螺纹的孔洞中，并可从孔洞穿出；所述金属长螺丝穿过所述孔洞的长度可变，且所述金属长螺丝与所述孔洞之间的相对位置由螺母锁定。

8.根据权利要求6所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述导电底盘与所述第一导体和第二导体的接触面积小于一阈值，以使所述第二电磁组件施加于所述第一导体和第二导体上的压强满足预设条件。

9.根据权利要求1所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述支撑主体具有第一支撑面和第二支撑面，所述第二支撑面高于所述第一支撑面，所述第一导体和第二导体位于所述第一支撑面上。

10.根据权利要求9所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述第一导体和第二导体用于支撑所述第二电磁组件的平面，与所述第一支撑面之间存在夹角。

11.根据权利要求9所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述第一支撑面上还设有阻挡块，所述阻挡块位于所述第一支撑面上所述第一导体与所述第二导体所形成的间隔内，且所述阻挡块位于所述第一电磁组件与所述第二电磁组件之间，用于阻挡所述第二电磁组件向靠近所述第一电磁组件的方向摆动时翻倒。

12.根据权利要求9所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述第二支撑面上放置有被敲击部件，当所述第二电磁组件横向回摆到第二位置时，所述第二电磁组件能够敲击到所述被敲击部件。

13.根据权利要求1所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述装置还包括灯泡，所述灯泡具有第五连接端和第六连接端，所述第一导体具有第七连接端，所述第二导体具有第八连接端，所述第五连接端用于连接所述第七连接端，所述第六连接端用于连接所述第八连接端。

14.根据权利要求13所述的电磁转化的演示装置，其特征在于，所述第五连接端和第六连接端之间具有电阻，所述电阻与所述灯泡串联。

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