CN108986614A - 一种磁场控制等离子体的物理实验教学装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁场控制等离子体的物理教学实验装置及实验方法，所述装置包括：框架、产生火焰的火焰装置、金属棒、通电线圈、点火装置，PLC控制单元，通过电流线圈产生磁场，磁场控制等离子体也就是火焰，从而使火焰呈现变大变小或者左右跳动的飞舞的形状，从而达到趣味物理教学实验的目的，通过这个实验教学能够让学生更加理解等离子体作为第四种物质形态的存在，也加深了学生对安培定则和洛伦兹法则的理解和应用，更深层次的培养学生的物理兴趣，对于物理教学尤其是物理学中等离子体和电磁学教学意义重大。

Description

一种磁场控制等离子体的物理实验教学装置及实验方法

技术领域

本发明属于物理实验教学领域，具体说是一种磁场控制等离子体的物理教学实验装置及实验方法。

背景技术

目前物理教学的现状基本都是采用老师黑板板书，或者是老师用课件来教学，让学生看到的仅仅是一些片面的公式和现象，至多也就是一些动画的演示，都不是实际中或者生活中的实验，让学生感觉有些脱离实际。从发展心理学的角度来考虑，学生的心理和兴趣都处在发展到成熟的阶段，这个时间就需要老师多多的引导，挖掘和开发出学生的兴趣方向和潜力。然而，现实生活中，大部分的学生都缺乏对学习和学科的兴趣，老师们有时候也无能为力，没法相处很好的教学实验和办法来帮助学生找寻自己的兴趣和方向。尤其是物理学领域，一些实际存在的物质可能在生活中接触比较多，比较容易理解或者是运动，但是经常会接触到一些时候生活中肉眼见不到的或者说不好理解的物质，比如，等离子体，磁力，电子，这些都是肉眼不可见或者说是不好理解的物质，这些条件又加深了学生的学习难度，更加让学生提不起兴趣了，于是造成了很多学生失去了对物理的学习兴趣，但是又不得不学习为了考试，造成了物理成为了他们的学习痛苦的社会现象。

发明内容

针对上述的物理教学中关于等离子体、磁力、电子等学生不好理解培养不了物理兴趣的问题，我们发明了本磁场控制等离子体的物理教学实验装置。

本发明包括：框架，所述框架内底部阶梯固定由低到高排列第一火焰 装置、第二火焰装置、第三火焰装置和第四火焰装置，所述第一火焰装置火焰两侧分别有固定在所述框架左右两侧的第一左金属棒和第一右金属棒，所述第一左金属棒和第一右金属棒上分别缠绕有第一左通电线圈和第一右通电线圈，所述第二火焰装置火焰两侧分别有固定在所述框架)左右两侧的第二左金属棒和第二右金属棒，所述第二左金属棒和第二右金属棒上分别缠绕有第二左通电线圈和第二右通电线圈，所述第三火焰装置火焰两侧分别有固定在所述框架左右两侧的第三左金属棒和第三右金属棒，所述第三左金属棒和第三右金属棒上分别缠绕有第三左通电线圈和第三右通电线圈，所述第四火焰装置火焰两侧分别有固定在所述框架左右两侧的第四左金属棒和第四右金属棒，所述第四左金属棒和第四右金属棒上分别缠绕有第四左通电线圈和第四右通电线圈，所述第一火焰装置附近配有第一点火装置，所述第二火焰装置附近配有第二点火装置，所述第三火焰装置附近配有第三点火装置，所述第四火焰灯附近配有第四点火装置，所述框架右侧外壁设置有PLC控制单元。

作为本发明的进一步改进或优化：

第一火焰装置、第二火焰装置、第三火焰装置和第四火焰装置，由低到高呈阶梯排列，且高度差为火焰装置灯芯部分高出灯瓶的高度。

作为本发明的进一步改进或优化：

第一点火装置、第二点火装置、第三点火装置和第四点火装置分别通过回路线路连接到外部手动第一拉环、手动第二拉环、手动第三拉环和手动第四拉环。

作为本发明的进一步改进或优化：

所有通电线圈都通过线路集成在PLC控制单元，由PLC控制单元中心控制。

作为本发明的进一步改进或优化：

框架的左侧内部安装固定有感烟探头。

作为本发明的进一步改进或优化：

感烟探头连接到所述框架的左外侧的声光报警器。

作为本发明的进一步改进或优化：

第一点火装置、第二点火装置、第三点火装置和第四点火装置的通道由连接在框架右内侧壁的第一弹性连接器、第二弹性连接器、第三弹性连接器、第四弹性连接器固定支撑。

作为本发明的进一步改进或优化：

声光报警器通过线路连接到所述PLC控制单元的控制中心。

作为本发明的进一步改进或优化：

第一左通电线圈、第一右通电线圈、第二左通电线圈、第二右通电线圈、第三左通电线圈、第三右通电线圈、第四左通电线圈、第四右通电线圈的电源为多模式调控电源。

作为本装置的一种实验方法，其特征为：

当拉动手动第一拉环(38)，起动第一点火装置(30)，将第一火焰装置(2)点燃，产生火焰，火焰便是等离子体的一种存在，当点火产生火焰的过程完成后，便可松开手动第一拉环(38)，利用第一弹性连接器(37)，将第一点火装置(30)远离第一火焰装置(2)，起到安全保护的作用。然后，将缠绕在第一左支撑架(42)上的第一左支撑板(14)上的第一左金属棒(6)上的第一左通电线圈(22)和缠绕在第一右支撑架(43)上的第一右支撑板(21)上的第一右金属棒(13)上的第一右通电线圈(29)通电，通电线圈的周围会产生磁场，根据安培定则，可判定产生的磁场的方向，根据洛伦兹力，火焰做为等离子体便会形成火焰的偏移现像，根据火焰的实际偏方向和理论应该的偏移方向，从而达到检测的目的。

有益效果

本发明通过磁场控制等离子体的物理教学实验装置，能够帮助学生更加深刻的了解和理解等离子体、磁力和电子，通过这个实验教学能够让学生 更加理解等离子体作为第四种物质形态的存在，也加深了学生对安培定则和洛伦兹法则的理解和应用，更深层次的培养学生的物理兴趣，对于物理教学尤其是物理学中等离子体和电磁学教学意义重大。

附图说明

图1为本发明装置的俯视图。

图2为本发明装置的正视图。

图3为本发明装置的侧视图。

图中：1、框架；2、第一火焰装置；3、第二火焰装置；4、第三火焰装置；5、第四火焰装置；6、第一左金属棒；7、第二左金属棒；8、第三左金属棒；9、第四左金属棒；10、第四右金属棒；11、第三右金属棒；12、第二右金属棒；13、第一右金属棒；14、第一左支撑板；15、第二左支撑板；16、第三左支撑板；17、第四左支撑板；18、第四右支撑板；19、第三右支撑板；20、第二右支撑板；21、第一右支撑板；22、第一左通电线圈；23、第二左通电线圈；24、第三左通电线圈；25、第四左通电线圈；26、第四右通电线圈；27、第三右通电线圈；28、第二右通电线圈；29、第一右通电线圈；30、第一点火装置；31、第二点火装置；32、第三点火装置；33、第四点火装置；34、PLC控制单元；35、感烟探头；36、声光报警装置；37、第一弹性连接器；38、手动第一拉环；39、手动第二拉环；40、手动第三拉环；41、手动第四拉环；42、第一左支撑架；43、第一右支撑架；44、第二左支撑架；45、第二右支撑架；46、第三左支撑架；47、第三右支撑架；48、第四左支撑架；49、第四右支撑架；50、第二弹性连接器；51、第三弹性连接器；52、第四弹性连接器。

具体实施方式

本发明为一种磁场控制等离子体的物理教学实验装置及实验方法，其具体实施方式为：

在灯光比较黑暗的教室或者实验室，将框架1的正面面向学生，打开PLC控制单元34的电源，然后拉动手动第一拉环38，起动第一点火装置 30，将第一火焰装置2点燃，产生火焰，火焰便是等离子体的一种存在，当点火产生火焰的过程完成后，便可松开手动第一拉环38，利用第一弹性连接器37，将第一点火装置30远离第一火焰装置2，起到安全保护的作用。然后，将缠绕在第一左支撑架42上的第一左支撑板14上的第一左金属棒6上的第一左通电线圈22和缠绕在第一右支撑架43上的第一右支撑板21上的第一右金属棒13上的第一右通电线圈29通电，通电线圈的周围会产生磁场，根据安培定则，可判定产生的磁场的方向，根据洛伦兹力，火焰做为等离子体便会在磁场中产生力的偏向左右，从而使火焰的形状发生变化，根据接通到第一左通电线圈22和第一右通电线圈29的电流的类型，脉冲或者直流，以及电流的大小，从而可以再黑暗中看到火焰在不断的变化着形状。在黑暗中可以看到火焰在不断的飞舞，是一种很奇特的现象。

为了加深印象以及火焰飞舞的震撼力，设置了四组火焰装置，同样，对第二组装置然后拉动手动第二拉环39，起动第二点火装置31，将第二火焰装置3点燃，产生火焰，火焰便是等离子体的一种存在，当点火产生火焰的过程完成后，便可松开手动第二拉环39，利用第二弹性连接器50，将第二点火装置31远离第二火焰装置3，起到安全保护的作用。然后，将缠绕在第二左支撑架44上的第二左支撑板15上的第二左金属棒7上的第二左通电线圈23和缠绕在第二右支撑架45上的第二右支撑板20上的第二右金属棒12上的第二右通电线圈28通电。

为了加深印象以及火焰飞舞的震撼力，设置了四组火焰装置，同样，对第三组装置然后拉动手动第三拉环40，起动第三点火装置32，将第三火焰装置4点燃，产生火焰，火焰便是等离子体的一种存在，当点火产生火焰的过程完成后，便可松开手动第三拉环40，利用第三弹性连接器51，将第三点火装置32远离第三火焰装置4，起到安全保护的作用。然后，将缠绕在第三左支撑架46上的第三左支撑板16上的第三左金属棒8上的第三左通电线圈24和缠绕在第三右支撑架47上的第三右支撑板19上的第 三右金属棒11上的第三右通电线圈27通电。

为了加深印象以及火焰飞舞的震撼力，设置了四组火焰装置，同样，对第四组装置然后拉动手动第四拉环41，起动第四点火装置33，将第四火焰装置5点燃，产生火焰，火焰便是等离子体的一种存在，当点火产生火焰的过程完成后，便可松开手动第四拉环41，利用第四弹性连接器52，将第四点火装置33远离第四火焰装置5，起到安全保护的作用。然后，将缠绕在第四左支撑架48上的第四左支撑板17上的第四左金属棒9上的第四左通电线圈25和缠绕在第四右支撑架49上的第四右支撑板18上的第四右金属棒10上的第四右通电线圈26通电。

四种火焰装置在框架1中呈现高低阶梯型的排列，在正面的学生视角看来就可以以看到四组火焰连续的叠加在一起，不断变换形状。这样场面更加的震撼，可以更大的加深学生的学习兴趣，更大的激发学生学习和探索的欲望。

同时，为了安全起见，本装置还设置了声光报警装置36，其连接框架1内部的烟感探头35，当由于火焰的飞舞造成了内部装置本体的燃烧，产生烟雾，便会由烟感探头35感受到，从而激发声光报警装置36，声光报警装置36和PLC控制单元34相连，这样当声光报警装置36触发时，便会由在PLC控制单元34中的逻辑回路，断开所有的通电线圈的供电，从而及时的通知实验者，避免火灾的扩大，达到安全保护作用。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，仅是本发明的优选实施方式。本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁场控制等离子体的物理教学实验装置，所述装置包括：框架(1)，所述框架(1)内底部阶梯固定由低到高排列有第一火焰装置(2)、第二火焰装置(3)、第三火焰装置(4)和第四火焰装置(5)，所述第一火焰装置(2)火焰左侧设有固定在所述框架(1)左侧的第一左金属棒(6)和固定在所述框架(1)右侧第一右金属棒(13)，所述第一左金属棒(6)上缠绕有第一左通电线圈(22)，所述第一右金属棒(13)上缠绕有第一右通电线圈(29)，所述第一左金属棒(6)，置于第一左支撑板(14)上，所述第一左支撑板(14)底部由第一左支撑架(42)与框架(1)底部连接固定，所述第一右金属棒(13)，置于第一右支撑板(21)上，所述第一右支撑板(21)底部由第一右支撑架(43)与框架(1)底部连接固定；所述第二火焰装置(3)火焰左侧设有固定在所述框架(1)左侧的第二左金属棒(7)和固定在所述框架(1)右侧第二右金属棒(12)，所述第二左金属棒(7)上缠绕有第二左通电线圈(23)，所述第二右金属棒(12)上缠绕有第二右通电线圈(28)，所述第二左金属棒(7)，置于第二左支撑板(15)上，所述第二左支撑板(15)底部由第二左支撑架(44)与框架(1)底部连接固定，所述第二右金属棒(12)，置于第二右支撑板(20)，所述第二右支撑板(20)底部由第二右支撑架(45)与框架(1)底部连接固定；所述第三火焰装置(4)火焰左侧设有固定在所述框架(1)左侧的第三左金属棒(8)和固定在所述框架(1)右侧第三右金属棒(11)，所述第三左金属棒(8)上缠绕有第三左通电线圈(24)，所述第三右金属棒(11)上缠绕有第三右通电线圈(27)，所述第三左金属棒(8)，置于第三左支撑板(16)上，所述第三左支撑板(16)底部由第三左支撑架(46)与框架(1)底部连接固定，所述第三右金属棒(11)，置于第三右支撑板(19)，所述第三右支撑板(19)底部由第三右支撑架(47)与框架(1)底部连接固定；所述第四火焰装置(5)火焰左侧设有固定在所述框架(1)左侧的第四左金属棒(9)和固定在所述框架(1)右侧第四右金属棒(10)，所述第四左金属棒(9)上缠绕有第四左通电线圈(25)，所述第四右金属棒(10)上缠绕有第四右通电线圈(26)，所述第四左金属棒(9)，置于第四左支撑板(17)上，所述第四左支撑板(17)底部由第四左支撑架(48)与框架(1)底部连接固定，所述第四右金属棒(10)，置于第四右支撑板(18)，所述第四右支撑板(18)底部由第四右支撑架(49)与框架(1)底部连接固定；所述第一火焰装置(2)附近配有第一点火装置(30)，所述第二火焰装置(3)附近配有第二点火装置(31)，所述第三火焰装置(4)附近配有第三点火装置(32)，所述第四火焰装置(5)灯附近配有第四点火装置(33)，所述框架(1)右侧外壁设置有PLC控制单元(34)。

2.如权利要求1所述的磁场控制等离子体的物理教学实验装置，其特征在于：所述第一火焰装置(2)、第二火焰装置(3)、第三火焰装置(4)和第四火焰装置(5)，由低到高呈阶梯排列，且高度差为火焰装置灯芯部分高出灯瓶的高度。

3.如权利要求2所述的磁场控制等离子体的物理教学实验装置，其特征在于：所述第一点火装置(30)、第二点火装置(31)、第三点火装置(32)和第四点火装置(33)分别通过回路线路连接到外部手动第一拉环(38)、手动第二拉环(39)、手动第三拉环(40)和手动第四拉环(41)。

4.如权利要求3所述的磁场控制等离子体的物理教学实验装置，其特征在于：所述所有通电线圈都通过线路集成在PLC控制单元(34)，由PLC控制单元(34)中心控制。

5.如权利要4所述的磁场控制等离子体的物理教学实验装置，其特征在于：所述框架(1)的左侧内部安装固定有感烟探头(35)。

6.如权利要求5所述磁场控制等离子体的物理教学实验装置，其特征在于：所感烟探头(35)连接到所述框架(1)的左外侧的声光报警装置(36)。

7.如权利要求6所述磁场控制等离子体的物理教学实验装置，其特征在于：所述第一点火装置(30)、第二点火装置(31)、第三点火装置(32)和第四点火装置(33)的通道由连接在框架(1)右内侧壁的第一弹性连接器(37)、第二弹性连接器(50)、第三弹性连接器(51)、第四弹性连接器(52)固定支撑。

8.如权利要求7所述磁场控制等离子体的物理教学实验装置，其特征在于：所述声光报警装置(36)通过线路连接到所述PLC控制单元(34)的控制中心。

9.如权利要求8所述磁场控制等离子体的物理教学实验装置，其特征在于：所述第一左通电线圈(22)、第一右通电线圈(29)、第二左通电线圈(23)、第二右通电线圈(28)、第三左通电线圈(24)、第三右通电线圈(27)、第四左通电线圈(25)、第四右通电线圈(26)的电源为多模式调控电源。

10.一种如权利要求9所述磁场控制等离子体的物理教学实验装置的实验方法，其特征在于包括以下过程：

拉动手动第一拉环(38)，起动第一点火装置(30)，将第一火焰装置(2)点燃，产生火焰；

点火产生火焰的过程完成后，松开手动第一拉环(38)，利用第一弹性连接器(37)，将第一点火装置(30)远离第一火焰装置(2)；

将第一左通电线圈(22)和第一右通电线圈(29)通电，通电线圈的周围产生磁场，根据安培定则判定磁场的方向；根据洛伦兹力，火焰做为等离子体形成火焰的偏移现像，根据火焰的实际偏方向和理论偏移方向比对，达到实验的目的。