CN111312042A - 一种欧姆定律电学实验设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种欧姆定律电学实验设备，包括示压箱、集成水管组件、单水管、电控箱、水泵、水箱，所述水泵的泵入口通过回水管连通水箱，所述水泵的泵出口连通示压箱，所述的示压箱外壁为透明材质，所述示压箱外壁与其地面垂直，所述的示压箱外壁设置与其内腔贯通的集成水管组件，所述的集成水管组件连通若干单水管；所述的与电控箱电性连接，所述的电控箱内设置欧姆定律实验电路。本申请本质上将欧姆定律中电流的概念类比成水流，将电流大小类比成水流大小，通过水流变化让初学者形象理解欧姆定律的内容，即形象理解：通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比；能直接形象直观揭示欧姆定律的原理。

Description

一种欧姆定律电学实验设备

技术领域

本申请涉及一种实验设备，具体是一种欧姆定律电学实验设备。

背景技术

欧姆定律的内容是在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。该定律是由德国物理学家乔治·西蒙·欧姆1826年4月发表的《金属导电定律的测定》论文提出的。在中学或科普教学中欧姆定律频繁出现。

传统技术中公开的欧姆定律实验设备如中国专利CN200820172736.7公开了一种欧姆定理演示器。其技术方案是：在面板上设置电池组DC、数字电压表V、数字电流表A、滑动变阻器R和开关K，电池组DC的正极+端一路连接数字电压表V的+端，另一路连接滑动变阻器R的动触点D端，滑动变阻器R的静触点J端一路连接数字电流表A的+端，另一路连接数字电压表V的一端，数字电流表A的一端连接开关K的B端，开关K的A端连接电池组DC的负极一端组成；滑动变阻器R的动触点D上安装有指针M。在面板的顶端设置提手2。该专利所公开的实验设备是现在教学或学习中主要使用的欧姆定律演示设备，但是使用如该设备的常见实验演示仅仅是在电路与实验测量层面让初学者机械式理解并不能直接形象直观揭示欧姆定律的原理，因为初学者在生活中对电路没有形象的认识，所以，对于初学者往往不能形象理解在电阻不变的情况下电流与电压的正比例关系，也不能形象理解在电压不变的情况下电流与电阻的反比例关系，因为不能形象直观理解原理，初学者也不能很好记忆欧姆定律的内容或要点。

发明内容

本申请为了解决上述的问题，公开了一种欧姆定律电学实验设备，包括示压箱、集成水管组件、单水管、电控箱、水泵、水箱，所述水泵的泵入口通过回水管连通水箱，所述水泵的泵出口连通示压箱，所述的示压箱外壁为透明材质，所述示压箱外壁与其地面垂直，所述的示压箱外壁设置与其内腔贯通的集成水管组件，所述的集成水管组件连通若干单水管；所述的与电控箱电性连接，所述的电控箱内设置欧姆定律实验电路。

进一步，所述的示压箱整体结构是立方体或圆柱体。

进一步，所述的电控箱的外壁一侧设置开关、调压电位器、调电阻电位器，所述的电控箱顶部设置电压表，所述的欧姆定律实验电路包括水泵、开关、调压电位器、调电阻电位器、电压表、电源，所述的水泵、开关、调压电位器、调电阻电位器、电源之间串联，所述电压表与电源之间并联。

进一步，所述的集成水管组件包括竖直方向上排列若干水管的水接头，水接头一侧设置用于辨识每个水管高度的标度线,所述水接头的每一个水管上连通一个直角转弯并竖直向下的一个单水管，每一个单水管上设置一个电磁阀。

进一步，所述水泵的泵水效率与集成水管组件上每一个水管的输水率需满足：设常压情况下所有从下到上水管的输水率分别是s(1)-s(n)；所述的欧姆定律实验电路中设某一参考电流大小为i，大小为i的电流加载在水泵上，则水泵的泵水率设为p1，大小为ni的电流加载在水泵上，则水泵的泵水率为p(n)，其中n为自然数，i为常数，则

进一步，所述示压箱的外壁与其地面不垂直。

进一步，所述的示压箱整体结构是圆台体。

进一步，所述水泵的泵水效率与集成水管组件上每一个水管的输水率需满足：设已经贯通了n个水管，设所有从下到上水管的高度分别是h1-hn；第n个水管在其下部的n-1个水管全部贯通时且其高度为h的情况下其动态输水率是sh(n)，则，所述的欧姆定律实验电路中设某参考电流大小为i，大小为i的电流加载在水泵上，则水泵的泵水率为p1，大小为ni的电流加载在水泵上，则水泵的泵水率为p(n)，n为自然数，i为常数，则

有益效果：

本申请本质上将欧姆定律中电流的概念类比成水流，将电流大小类比成水流大小，通过水流变化让初学者形象理解欧姆定律的内容，即形象理解：通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比；能直接形象直观揭示欧姆定律的原理，初学者也能很好记忆欧姆定律的内容或要点。在具体实施例中本申请还可以控制出水管数量与参考电流大小正好成正比。

附图说明

图1是本申请一个实施例的结构示意图；

图2是本申请一个实施例的电路连接示意图；

图3是本申请一个实施例集成水管组件的结构示意图；

图中：示压箱1、集成水管组建2、单水管3、电控箱4、水泵5、开关6、调压电位器7、调电阻电位器8、电压表9、电源10、水管11、水箱12，标度线21、水接头22、电磁阀23；

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

具体实施中，如图1所示，本申请包括示压箱1、集成水管组件2、单水管3、电控箱4、水泵5、水箱12，所述水泵5的泵入口通过回水管11连通水箱12，所述水泵5的泵出口连通示压箱1，所述的示压箱1外壁为透明材质，所述示压箱1外壁与其地面垂直，所述的示压箱1外壁设置与其内腔贯通的集成水管组件2，所述的集成水管组件2连通若干单水管3；所述的5与电控箱4电性连接，所述的电控箱4内设置欧姆定律实验电路；所述的示压箱1整体结构是立方体或圆柱体；所述的电控箱4的外壁一侧设置开关6、调压电位器7、调电阻电位器8，所述的电控箱4顶部设置电压表9，再如图2 所示，所述的欧姆定律实验电路包括水泵5、开关6、调压电位器7、调电阻电位器8、电压表9、电源10，所述的水泵5、开关6、调压电位器7、调电阻电位器8、电源10之间串联，所述电压表9与电源10之间并联；如图3所示，所述的集成水管组件2包括竖直方向上排列若干水管的水接头22，水接头22一侧设置用于辨识每个水管高度的标度线21,所述水接头22的每一个水管上连通一个直角转弯并竖直向下的一个单水管3，每一个单水管3上设置一个电磁阀23；在具体实施中初学者为了演示欧姆定律，即需要演示，同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比；实施中所述的水泵5用于从水箱12内吸入水然后泵入到1的内腔，实施中水泵5的功率大小主要与通过其内部的电流大小有关系，同理水泵5 的输出功率(也就是实际的泵水率)也与水泵5内部电流大小有关，上述的欧姆定律实验电路中在开关6闭合后整个电路形成回路，调压电位器7主要用于调整电源两端的电压大小(因为调压电位器7实质是一个可变电阻通过调整该可变电阻即可调整其分压大小进而可以间接调整电源两端的电压)，电源两端的电压大小可以在电压表9上直接读出，调电阻电位器8主要用于调整欧姆定律实验电路的电阻的大小。在具体实施中调电阻电位器8的外部设置标识电阻大小的标线，实施中该标线的数值需要更改，更改为整个电路的电阻大小，当然此时电阻的变化可能不是线性的，此时可以通过统计或计算手段获取实际的数值对应的标线。

在实施中通过调整调压电位器7就可以改变电路的电压大小，此时通过观察电压表9可以实时地查看到电路的电压数值，然后再观察与示压箱1连通的单水管3，此时也可以发现单水管3的出水管数量也是变化的，当电压升高时水泵5泵水率也升高，然后单水管3的出水管数量也会增加，当然出水管的数量与电压此时未必是正比而可能是正相关的，此时则可以通过调整每一个单水管3的位置使得出水管的数量与电压是正比，通过这种方式就可以形式直观的将出水管的数量类比成电流的大小，然后就可以形象的观察到当电阻不变时电路中电流(实际观测是出水管的多少)的大小与电压(通过电压表9上直接读出)的大小成正比；同理，调整也可以调电阻电位器8，此时可以直接观测到电阻的变化或实时数值，然后再观察与示压箱1连通的单水管3，此时也可以发现单水管3的出水管数量也是变化的，当电阻升高时水泵 5泵水率会降低，然后单水管3的出水管数量也会减少，当然出水管的数量与电阻此时未必是反比而可能是负相关的，此时则可以通过调整每一个单水管3 的位置使得出水管的数量与电阻是反比，通过这种方式就可以形式直观的将出水管的数量类比成电流的大小，然后就可以形象的观察到当电压不变时电路中电流(实际观测是出水管的多少)的大小与电阻的大小成反比。

所以本申请本质上将欧姆定律中电流的概念类比成水流，将电流大小类比成水流大小，通过水流变化让初学者形象理解欧姆定律的内容，即形象理解：通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。

优选的实施例，在具体实施中，在上述的实施例基础上，当电压或者电阻变化时，水泵5泵水率也会变化，因为水泵5的泵水率变化不一定与水泵5 泵入到示压箱1内部水位的变化一致(实践中往往是不一致的)，所以如果示压箱1的外壁与其地面是垂直的，水泵5的泵水率变化对示压箱1内部水位的变化影响往往并不明显，则当示压箱1的外壁与其地面是不垂直的，比如说所述的示压箱1整体结构是圆台体，水泵5的泵水率变化对示压箱1内部水位的变化影响则可以控制的很明显，则优选的实施例，所述示压箱1的外壁与其地面不垂直；比如，所述的示压箱1整体结构是圆台体。

更优选的实施例，在前述实施例或前述的优选实施例基础上，具体实施中，如果想要控制每一个单水管3的位置使得出水管的数量与电阻是反比，使得出水管的数量与电压成正比，则是要控制水泵5内电流的与集成水管组件2上每一个水管的输水率的比例关系，然而水泵5内电流的最直接体现的是水泵5的泵水效率，所以上述的问题具体是控制水泵5的泵水效率与集成水管组件2上每一个水管的输水率。对于集成水管组件2上每一个水管在其承受不同水压的情况下，其输水率实质是变化的，在物理研究中如果将集成水管组件2上每一个水管在其承受不同水压的情况下输水率变化忽略不计，则可以采用常压情况集成水管组件2上的每一个水管的输水率作为其一般的参考量，所以此时要保证控制每一个单水管3的位置使得出水管的数量与电阻是反比，使得出水管的数量与电压成正比，则：

所述水泵5的泵水效率与集成水管组件2上每一个水管的输水率需满足：设常压情况下所有从下到上水管的输水率分别是s(1)-s(n)；所述的欧姆定律实验电路中设某一参考电流大小为i，大小为i的电流加载在水泵5上，则水泵5的泵水率设为p1，大小为ni的电流加载在水泵5上，则水泵5的泵水率为p(n)，其中n为自然数，i为常数，则

对上述条件的理解：假设n等于3，则所述水泵5的泵水效率与集成水管组件2上每一个水管的输水率需满足：设常压情况下所有从下到上水管的输水率分别是s(1)-s(3)；所述的欧姆定律实验电路中设某一参考电流大小为i，大小为i的电流加载在水泵5上，则水泵5的泵水率设为p1，大小为 3i的电流加载在水泵5上，则水泵5的泵水率为p(3)，则

此时正好三个出水管。

某一参考电流大小为i实际上是选定的一个确定的电流大小，此时水泵5 的泵水率设为

此时正好一个出水管,同理电流大小为2i，水泵5的泵水率

此时正好二个出水管。所以出水管数量与参考电流大小正好成正比。

在更进一步的优选，所述水泵5的泵水效率与集成水管组件2上每一个水管的输水率需满足：设已经贯通了n个水管，设所有从下到上水管的高度分别是h1-hn；第n个水管在其下部的n-1个水管全部贯通时且其高度为h的情况下其动态输水率是sh(n)，则，所述的欧姆定律实验电路中设某参考电流大小为i，大小为i的电流加载在水泵5上，则水泵5的泵水率为p1，大小为ni的电流加载在水泵5上，则水泵5的泵水率为p(n)，n为自然数， i为常数，则

在该实施例中考虑了水管的输水率会随水压动态变化的特点，其他内容则和上述的实施例相同；显然该实施例可以更加精准控制出水管数量与参考电流大小正好成正比。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种欧姆定律电学实验设备，其特征在于，包括示压箱、集成水管组件、单水管、电控箱、水泵、水箱，所述水泵的泵入口通过回水管连通水箱，所述水泵的泵出口连通示压箱，所述的示压箱外壁为透明材质，所述示压箱外壁与其地面垂直，所述的示压箱外壁设置与其内腔贯通的集成水管组件，所述的集成水管组件连通若干单水管；所述的与电控箱电性连接，所述的电控箱内设置欧姆定律实验电路。

2.根据权利要求1所述的一种欧姆定律电学实验设备，其特征在于，所述的示压箱整体结构是立方体或圆柱体。

3.根据权利要求2所述的一种欧姆定律电学实验设备，其特征在于，所述的电控箱的外壁一侧设置开关、调压电位器、调电阻电位器，所述的电控箱顶部设置电压表，所述的欧姆定律实验电路包括水泵、开关、调压电位器、调电阻电位器、电压表、电源，所述的水泵、开关、调压电位器、调电阻电位器、电源之间串联，所述电压表与电源之间并联。

4.根据权利要求3所述的一种欧姆定律电学实验设备，其特征在于，所述的集成水管组件包括竖直方向上排列若干水管的水接头，水接头一侧设置用于辨识每个水管高度的标度线,所述水接头的每一个水管上连通一个直角转弯并竖直向下的一个单水管，每一个单水管上设置一个电磁阀。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种欧姆定律电学实验设备，其特征在于，水泵的泵水效率与集成水管组件上每一个水管的输水率需满足：设常压情况下所有从下到上水管的输水率分别是s(1)-s(n)；所述的欧姆定律实验电路中设某一参考电流大小为i，大小为i的电流加载在水泵上，则水泵的泵水率设为p1，大小为ni的电流加载在水泵上，则水泵的泵水率为p(n)，其中n为自然数，i为常数，则

6.根据权利要求1所述的一种欧姆定律电学实验设备，其特征在于，所述示压箱的外壁与其地面不垂直。

7.根据权利要求6所述的一种欧姆定律电学实验设备，其特征在于，所述的示压箱整体结构是圆台体。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种欧姆定律电学实验设备，其特征在于，水泵的泵水效率与集成水管组件上每一个水管的输水率需满足：设已经贯通了n个水管，设所有从下到上水管的高度分别是h1-hn；第n个水管在其下部的n-1个水管全部贯通时且其高度为h的情况下其动态输水率是sh(n)，则，所述的欧姆定律实验电路中设某参考电流大小为i，大小为i的电流加载在水泵上，则水泵的泵水率为p1，大小为ni的电流加载在水泵上，则水泵的泵水率为p(n)，n为自然数，i为常数，则

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