CN112270881B - 中学物理电学实验演示教具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种教学实验领域装置，尤其，一种中学物理电学实验演示教具，包括长方体形状的伸缩框和控制装置，所述的伸缩框底部包括首尾固定相连形成正方形的被动伸缩杆和主动伸缩杆，被动伸缩杆/主动伸缩杆均配合设置，以使得当同时调整最下部的两根主动伸缩杆时可同时改变底部以及上部的由四根伸缩杆形成的正方形面积，当同时调整中部两根相互对立的主动伸缩杆时可同时改变中部四根伸缩杆的高度；每个主动伸缩杆一侧均设置一个用于调整该主动伸缩杆伸缩长度的驱动装置，每一个驱动装置均与控制装置电性连接，所述的控制装置上至少设置一个电流控制电位器和一个电阻控制电位器。本发明可以直接形象的演示焦耳定律。
Description
技术领域
本发明涉及教学实验领域装置，尤其是一种中学物理电学实验演示教具。
技术背景
中学物理电学实验中很重要的一个实验是焦耳定律，焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比，焦耳定律数学表达式：Q＝I2Rt；在实践中，中学物理电学实验演示教具中没有能够很好演示焦耳定律的装置，尤其是没有能够较好演示“电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比”的关系的教具，即便在现有的专利中公开有一些焦耳定律实验教具，但是基本上现有的教具操控都比较复杂并且不能形象展示焦耳定律中“电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比”的关系，导致学生不能很好理解，并且学习效率不高。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种中学物理电学实验演示教具。
为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种中学物理电学实验演示教具包括长方体形状的伸缩框和控制装置，所述的伸缩框底部包括首尾固定相连形成正方形的四根伸缩杆，其中两根相连的伸缩杆是被动伸缩杆，另外两根相连的伸缩杆是主动伸缩杆，由四根伸缩杆形成的正方形四个角分别向上设置一根伸缩杆，向上设置的四根伸缩杆中两根相互对立的伸缩杆是主动伸缩杆，另外两根相互对立的伸缩杆是被动伸缩杆，向上设置的四根伸缩杆顶部固定设置一个由四根伸缩杆形成的正方形，该正方形中的四根伸缩杆均为被动伸缩杆；前述的被动伸缩杆/主动伸缩杆均配合设置，以使得当同时调整最下部的两根主动伸缩杆时可同时改变底部以及上部的由四根伸缩杆形成的正方形面积，当同时调整中部两根相互对立的主动伸缩杆时可同时改变中部四根伸缩杆的高度；每个主动伸缩杆一侧均设置一个用于调整该主动伸缩杆伸缩长度的驱动装置，每一个驱动装置均与控制装置电性连接，所述的控制装置上至少设置一个电流控制电位器和一个电阻控制电位器。
进一步，还包括一个弹性套，所述的伸缩框内部可套设弹性套。
进一步，所述的驱动装置包括外壳，所述的外壳内固定有电机，所述的电机可传动连接齿轮，所述的主动伸缩杆包括杆中间设置并将杆分为两段的固定部以及套设在固定部内的伸缩部，所述的伸缩部上设置齿条，所述的伸缩部通过齿条与齿轮传动连接，所述的电机用于通过齿轮传动调整伸缩部深入固定部的长度以调整主动伸缩杆的整体长度。
进一步，所述的控制装置上还设置电流控制电路和电阻控制电路，所述的电流控制电位器通过电流控制电路连接控制最下部的两根主动伸缩杆边驱动装置上的电机，所述的电流控制电位器环周标记刻度，所述电流控制电位器环周标记的刻度使得：当电流控制电位器调整数值时其所控制的电机总能使相应某个最下部的主动伸缩杆的长度正比例变化；所述的电阻控制电位器通过电阻控制电路连接控制中部的两根主动伸缩杆边驱动装置上的电机，所述的电阻控制电位器环周标记刻度，所述电阻控制电位器环周标记的刻度使得：当电阻控制电位器调整数值时其所控制的电机总能使相应某个中部的主动伸缩杆的长度正比例变化。
进一步，所述的电流控制电路包括依次电性的电位器闭合回路输出端、A/D电路、单片机、电机驱动电路，所述的电阻控制电路包括依次电性的电位器闭合回路输出端、A/D电路、单片机、电机驱动电路。
有益效果
本申请可以直接形象的演示焦耳定律，具体的，将电流控制电位器数值固定，然后调整电阻控制电位器变化并且还可以记录电阻控制电位器数值，然后可以看到中部主动伸缩杆等比例变化并且记录相应的变化数值，然后伸缩框内各个伸缩杆形成的空间具体大小也可以测量计算，通过测量计算可以发现当电阻控制电位器变化时伸缩框内各个伸缩杆形成的空间具体大小也正比变化，同理的，将电阻控制电位器数值固定，然后调整电流控制电位器变化并且还可以记录电流控制电位器数值，然后可以看到底部主动伸缩杆等比例变化并且记录相应的变化数值，然后伸缩框内各个伸缩杆形成的空间具体大小也可以测量计算，通过测量计算可以发现当电流控制电位器变化时伸缩框内各个伸缩杆形成的空间具体大小与电流控制电位器的平方变化成正比；通过这样可以直接形象的演示焦耳定律，尤其可以形象演示“电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比”的关系。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构示意图；
图2是本申请中驱动装置的结构示意图；
图3是本申请中套设弹性套后的结构示意图；
图4是本申请中的结构示意图；
图5是本申请控制装置的结构示意图；
图6是本申请控制装置的电路连接组成框图。
具体实施方式
具体实施中，如1所示的，并且参考图5所示的，本申请的实施例包括长方体形状的伸缩框1和控制装置2，所述的伸缩框1底部包括首尾固定相连形成正方形的四根伸缩杆，其中两根相连的伸缩杆是被动伸缩杆11，另外两根相连的伸缩杆是主动伸缩杆13，由四根伸缩杆形成的正方形四个角分别向上设置一根伸缩杆，向上设置的四根伸缩杆中两根相互对立的伸缩杆是主动伸缩杆13，另外两根相互对立的伸缩杆是被动伸缩杆11，向上设置的四根伸缩杆顶部固定设置一个由四根伸缩杆形成的正方形，该正方形中的四根伸缩杆均为被动伸缩杆11；前述的被动伸缩杆11/主动伸缩杆13均配合设置，以使得当同时调整最下部的两根主动伸缩杆13时可同时改变底部以及上部的由四根伸缩杆形成的正方形面积，当同时调整中部两根相互对立的主动伸缩杆13时可同时改变中部四根伸缩杆的高度；每个主动伸缩杆13一侧均设置一个用于调整该主动伸缩杆13伸缩长度的驱动装置12，每一个驱动装置12均与控制装置2电性连接，所述的控制装置2上至少设置一个电流控制电位器25和一个电阻控制电位器26。在具体实施中，调整所述的电流控制电位器25能够通过控制装置2对驱动装置12进行控制，然后再调整主动伸缩杆13的长度，并且具体的是调整电流控制电位器25可以通过上述关系具体调整位于最下部的两个主动伸缩杆13的长度，调整电阻控制电位器26则可以通过上述关系具体调整位于中部的两个主动伸缩杆13的长度，当主动伸缩杆13的长度被调整后相应的每一个被动伸缩杆11的长度也会被调整，在需要进行焦耳定律实验中，尤其是需要给学生展示“电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比”的关系，则可以将最下部主动伸缩杆13的长度类比电流的概念，将中部主动伸缩杆13的长度类比导体电阻的概念，将伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小类比电流通过导体产生热量的功率，可以发现当最下部主动伸缩杆13的长度变化中伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小正好与最下部主动伸缩杆13的长度平方成正比，当中部主动伸缩杆13的长度变化中伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小正好与中部主动伸缩杆13的长度成正比，伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小再乘一个时间变量则该量正好也与时间成正比，所以将最下部主动伸缩杆13的长度类比电流的概念，将中部主动伸缩杆13的长度类比导体电阻的概念，将伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小类比电流通过导体产生热量的功率则巧合可以形象展示焦耳定律内在的逻辑关系，并且具体是展示“电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比”的关系；然后，实施中将电流控制电位器25作为类比电流的控制端也同时作为展示具体电流大小的端，将电阻控制电位器26作为类比电阻的控制端也同时作为展示具体电阻大小的端，控制电流控制电位器25/电阻控制电位器26变化时，相应的主动伸缩杆13也等比例变化；在需要演示时，一般采用控制变量方法，首先将电流控制电位器25数值固定，然后调整电阻控制电位器26变化并且还可以记录电阻控制电位器26数值，然后可以看到中部主动伸缩杆13等比例变化并且记录相应的变化数值，然后伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小也可以测量计算，通过测量计算可以发现当电阻控制电位器26变化时伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小也正比变化，同理的，将电阻控制电位器26数值固定，然后调整电流控制电位器25变化并且还可以记录电流控制电位器25数值，然后可以看到底部主动伸缩杆13等比例变化并且记录相应的变化数值，然后伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小也可以测量计算，通过测量计算可以发现当电流控制电位器25变化时伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小与电流控制电位器25的平方变化成正比；通过这样可以直接形象的演示焦耳定律，尤其可以形象演示“电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比”的关系。
如图2所示的，为了更加具体的，并且也更加具体实现上述方案，所述的驱动装置12包括外壳123，所述的外壳123内固定有电机122，所述的电机122可传动连接齿轮121，所述的主动伸缩杆13包括杆中间设置并将杆分为两段的固定部132以及套设在固定部132内的伸缩部131，所述的伸缩部131上设置齿条，所述的伸缩部131通过齿条与齿轮121传动连接，所述的电机122用于通过齿轮121传动调整伸缩部131深入固定部132的长度以调整主动伸缩杆13的整体长度；实施中通过控制电机122就可以带动齿轮121转动，进而带动伸缩部131滑动，以调整主动伸缩杆13长度。
如图5所示的，为了更加具体的，并且也更加具体实现上述方案，所述的控制装置2上还设置电流控制电路21和电阻控制电路22，所述的电流控制电位器25通过电流控制电路21连接控制最下部的两根主动伸缩杆13边驱动装置12上的电机122，所述的电流控制电位器25环周标记刻度，所述电流控制电位器25环周标记的刻度使得：当电流控制电位器25调整数值时其所控制的电机122总能使相应某个最下部的主动伸缩杆13的长度正比例变化；所述的电阻控制电位器26通过电阻控制电路22连接控制中部的两根主动伸缩杆13边驱动装置12上的电机122，所述的电阻控制电位器26环周标记刻度，所述电阻控制电位器26环周标记的刻度使得：当电阻控制电位器26调整数值时其所控制的电机122总能使相应某个中部的主动伸缩杆13的长度正比例变化。
如图6所示的，为了更加具体的，并且也更加具体实现上述方案，所述的电流控制电路21包括依次电性的电位器闭合回路输出端、A/D电路、单片机、电机驱动电路，所述的电阻控制电路22包括依次电性的电位器闭合回路输出端、A/D电路、单片机、电机驱动电路；具体实施中电位器闭合回路输出端用于将电流控制电位器25/电阻控制电位器26所在控制电路回路中向外输出一个电流数值，并且可以通过A/D电路具体将上述电流提前转换为电压数值后转换为数字信号并且由配置好的单片机接收该数字信号，单片机通过接收该数字信号后控制电机驱动电路进而控制电机122，用于确保当电流控制电位器25调整数值时其所控制的电机122总能使相应某个最下部的主动伸缩杆13的长度正比例变化，当电阻控制电位器26调整数值时其所控制的电机122总能使相应某个中部的主动伸缩杆13的长度正比例变化。
如图3，所示的，在优选的实施中，本申请实施例还包括一个弹性套3；本申请弹性套3的具体结构则可以参考(；图4；)，所述的伸缩框1内部可套设弹性套3，在实施中弹性套3配置弹性材质，并且可以直接套设在伸缩框1内，实施中，需要测量伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小，可以向已经套设在伸缩框1内部的弹性套3内注入液体，比如水，直到水刚好溢出，然后取出弹性套3，将液体放入量杯中就可以直接测量伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小，该实施既可以提高测量伸缩框1内各个伸缩杆形成的空间具体大小的效率还可以将液体的具体量类比为焦耳定律中的热量或产热功率，可以方便学生更加形象理解焦耳定律。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (5)
1.中学物理电学实验演示教具，其特征在于，包括长方体形状的伸缩框和控制装置，所述的伸缩框底部包括首尾固定相连形成正方形的四根伸缩杆，其中两根相连的伸缩杆是被动伸缩杆，另外两根相连的伸缩杆是主动伸缩杆，由四根伸缩杆形成的正方形四个角分别向上设置一根伸缩杆，向上设置的四根伸缩杆中两根相互对立的伸缩杆是主动伸缩杆，另外两根相互对立的伸缩杆是被动伸缩杆，向上设置的四根伸缩杆顶部固定设置一个由四根伸缩杆形成的正方形，该正方形中的四根伸缩杆均为被动伸缩杆；前述的被动伸缩杆/主动伸缩杆均配合设置，以使得当同时调整最下部的两根主动伸缩杆时可同时改变底部以及上部的由四根伸缩杆形成的正方形面积，当同时调整中部两根相互对立的主动伸缩杆时可同时改变中部四根伸缩杆的高度；每个主动伸缩杆一侧均设置一个用于调整该主动伸缩杆伸缩长度的驱动装置，每一个驱动装置均与控制装置电性连接，所述的控制装置上至少设置一个电流控制电位器，所述的控制装置上设置一个电阻控制电位器；调整所述的电流控制电位器能够通过控制装置对驱动装置进行控制，然后再调整主动伸缩杆的长度，并且具体的是调整电流控制电位器可以通过上述关系具体调整位于最下部的两个主动伸缩杆的长度，调整所述电阻控制电位器能够通过控制装置对驱动装置进行控制，然后再调整主动伸缩杆的长度，并具体的是调整电阻控制电位器则可以通过上述关系具体调整位于中部的两个主动伸缩杆的长度，当主动伸缩杆的长度被调整后相应的每一个被动伸缩杆的长度也会被调整，在需要进行焦耳定律实验中，可以将最下部主动伸缩杆的长度类比电流的概念，将中部主动伸缩杆的长度类比导体电阻的概念，将伸缩框内各个伸缩杆形成的空间具体大小类比电流通过导体产生热量的功率。
2.根据权利要求1所述的中学物理电学实验演示教具，其特征在于，还包括一个弹性套，所述的伸缩框内部可套设弹性套。
3.根据权利要求1所述的中学物理电学实验演示教具，其特征在于，所述的驱动装置包括外壳，所述的外壳内固定有电机，所述的电机可传动连接齿轮，所述的主动伸缩杆包括杆中间设置并将杆分为两段的固定部以及套设在固定部内的伸缩部，所述的伸缩部上设置齿条，所述的伸缩部通过齿条与齿轮传动连接，所述的电机用于通过齿轮传动调整伸缩部深入固定部的长度以调整主动伸缩杆的整体长度。
4.根据权利要求3所述的中学物理电学实验演示教具，其特征在于，所述的控制装置上还设置电流控制电路和电阻控制电路，所述的电流控制电位器通过电流控制电路连接控制最下部的两根主动伸缩杆边驱动装置上的电机，所述的电流控制电位器环周标记刻度，所述电流控制电位器环周标记的刻度使得：当电流控制电位器调整数值时其所控制的电机总能使相应某个最下部的主动伸缩杆的长度正比例变化；所述的电阻控制电位器通过电阻控制电路连接控制中部的两根主动伸缩杆边驱动装置上的电机，所述的电阻控制电位器环周标记刻度，所述电阻控制电位器环周标记的刻度使得：当电阻控制电位器调整数值时其所控制的电机总能使相应某个中部的主动伸缩杆的长度正比例变化。
5.根据权利要求4所述的中学物理电学实验演示教具，其特征在于，所述的电流控制电路包括依次电性的电位器闭合回路输出端、A/D电路、单片机、电机驱动电路，所述的电阻控制电路包括依次电性的电位器闭合回路输出端、A/D电路、单片机、电机驱动电路。
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