CN203733389U - 自感及电磁振荡演示两用仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自感及电磁振荡演示两用仪，主要解决了现有技术中存在的教学实验用的自感、电磁振荡演示仪不符合实际教学需求的问题。其包括插接口A、插接口B、插接口E、插接口F和电源，一端连接至电源正极及插接口A端、另一端连接有微安表U的铁芯线圈L，串联后并联于微安表U两端的分流电阻R1和开关K1，上端与微安表U连接铁芯线圈L一端相对的另一端相连、下端通过可变电阻R连接于电源负极的单刀双掷开关K，所述插接口E端连接至微安表U上与连接铁芯线圈L一端相对的另一端。通过上述方案，本实用新型达到了结构简单、使用方便、性能优异，能充分满足教学需求的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种教学实验用演示仪，具体地说，是涉及一种自感及电磁振荡演示两用仪。
背景技术
如图1、图2所示，现今高中物理教材中的自感演示分为通电演示和断电演示，这两种演示使用不同电路，在两种不同的装置上分别进行，这种演示实验存在以下缺点：
1、分成两个电路分别演示通电自感和断电自感容易给学生造成一种割立现象，即通电自感和断电自感只能分别在两种不同电路上才会产生的错误印象；
2、这两种电路在实验中的时间常数T=L/R很小（一般T＜0.1秒），导致通电时两灯先后亮的时间差不大，断电自感演示时灯一闪即灭，既不能使学生看清电流变化的具体物理过程又引起了诸多误解，如：认为自感是瞬间现象，只发生在接通和断开开关的瞬间；断电自感时一定会产生高电压、大电流及断电瞬间线圈电流是先增大后减小等；
3、原教材上的自感演示不能显示自感电流及自感电动势的方向，对电流大小的变化也不能作全程显示，演示过程中需更换线圈，操作麻烦费时，且整套装置较为笨重；
4、目前获得专利的新型自感演示器主要是使用两支电流表来显示电流大小及方向，如公开（公告）号CN2446618的申请中对一个结构并不复杂的简单电流，用两支表去检测指示，十分浪费，将学生的思维看得较为呆笨，同一回路各处电流大小都相同，方向沿回路是一致的，不必使用两支表进行检测，在教学中，仪表的提示和启发只应该设置在学生存疑而无法解决之处，无须过多设置，而且由于该自感电路电阻较大，使得其时间常数不够大，产生的时间延迟较小，断电自感中由稳定电流逐渐减小到零的时间延迟只有5秒，且该仪器使用了电位器，很多学生对其结构及作用原理并不清楚，使得该仪器无法灵活地进行一些探索性、验证性实验。
亦有一些新型自感演示器画蛇添足地加添了一些违反教育心理学规律的以未知去破解未知的电子延时放大电路去演示自感，这种设置本身就是学生眼中的一个大问题，不利于学生理解、成长。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种自感及电磁振荡演示两用仪，主要解决现有技术中存在的教学实验用的断电自感、通电自感、电磁振荡演示仪相互分离，或结构过于复杂，不符合实际教学需求的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
自感及电磁振荡演示两用仪，包括插接口A、插接口B、插接口E、插接口F和电源，一端连接至电源正极及插接口A端、另一端连接有微安表U的铁芯线圈L，串联后并联于微安表U两端的分流电阻R1和开关K1，上端与微安表U连接铁芯线圈L一端相对的另一端相连、下端通过可变电阻R连接于电源负极的单刀双掷开关K，所述插接口E端连接至微安表U上与连接铁芯线圈L一端相对的另一端，所述插接口B端连接至单刀双掷开关中间闸刀及插接口F端，所述插接口F端连接至单刀双掷开关中间闸刀。在实施时，优选将微安表的分流支路安装在电路板的背面。
作为优选，所述可变电阻R大小为0~20Ω；所述分流电阻R1大小为0~20Ω；所述铁芯线圈的铁芯采用C型硅钢制造而成；所述微安表采用0~100uA的电流表；所述电源为一节干电池。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
（1）本实用新型在同一电路上演示展现出自感现象，不会让学生产生通电自感与断电自感是相互割立的错误印象和通电自感与断电自感只能在不同电路上才会产生的错误认识，符合教学需求。
（2）本实用新型中，作自感演示电路的电阻较小时，可以通过电路机制使铁芯线圈工作在最大微分磁导率的线性段，使线圈自感值较大，从而得到较大的时间常数，因而作自感演示时电流表指针偏转显示铁芯线圈上的电流由零开始先快而后慢地逐渐增大到稳定值，经验证，历时10秒左右，其间电流不突变，而断开开关后，电流表指针偏向不改，只是与中间零刻度间夹角由先快后慢地逐渐减小，显示出线圈上电流仍按原电流方向由稳态电流先迅速减小、后逐渐越来越慢地减小，可观察到电流存在的时间在20秒左右，其间电流大小不突变，实验效果十分理想，十分便于学生充分观察到整个变化过程。
（3）本实用新型中，只是用一支电流表作显示器，且通过对电路的巧妙设置极大地提高了电流显示范围，特别是对极微小电流的显示，只需一节干电池作电源，总零件数较少，重量轻，操作简单方便，只需进行简单的开关开断和插接口间的器件变换便可实现多种（自感、电磁振荡）实验探索，灵活性较高。
（4）本实用新型中，通过对电路的巧妙设计，使其不但能演示自感现象，还能出色地演示LC电磁振荡，且性能优异，可清楚地演示出6个周期内的阻尼振荡，使用简单的电路实现了远远超过目前市售各电磁振荡演示仪的教学效果，一仪多用，经济合理，性价比较高。
（5）本实用新型可彻底解决高中物理教学上一直解决不好的难题，大大降低了教学难度，可以让学生从目前的学习中砍去一半以上的课业负担，使他们高效正确地掌握自感、电磁振荡等，在实验教学中具有重大意义。
附图说明
图1为现有技术中的自感演示原理图一。
图2为现有技术中的自感演示原理图二。
图3为本实用新型的电路原理图。
图4为本实用新型进行通电自感演示时的连接示意图。
图5为本实用新型进行断电自感演示时的连接示意图。
图6为本实用新型进行电磁振荡演示时的连接示意图一。
图7为本实用新型进行电磁振荡演示时的连接示意图二。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
该自感及电磁振荡演示两用仪包括铁芯线圈和电路板，其中，铁芯线圈优选采用以0.57mm漆包线绕900匝线圈两个，各在450匝处抽头，然后按顺磁方向串联成一个线圈；铁芯优选采用截面约为4CM*2CM的C型硅钢制造。
与铁芯线圈串联的部分是一个可变量程的电流表，其由一个正负双向指示的微安表U（0~100uA）和分流电阻R1支路并联而成，该分流电阻R1串联一常闭可断开关K1，当电流指示较小时断开该开关微安表即可再显现微弱电流。
为电路供电的电源优选使用一节干电池，既可作自感演示，也可作阻尼振荡用，其正极与铁芯线圈相连、负极通过单刀双掷开关与可变量程电流表相连，从而构成一回路，该单刀双掷开关旁设置有E、F插接口，在演示自感时该插接口需接通。
如图3所示，电路板上铁芯线圈与有分流支路的微安表串联，微安表上并联的分流电阻R1上串联有常闭可断开关K1，铁芯线圈上与连接微安表一端相对的另一端连接至电源正极与插接口A端，插接口B端连接至单刀双掷开关中间闸刀及插接口F端，插接口E端及单刀双掷开关的上端连接至电流表上与铁芯线圈相连一端相对的一端，而单刀双掷开关的F端通过一可变电阻R连接至电源负极。
如图4所示，在进行通电自感演示时，只需在插接口A、插接口B间连接低电阻Ra，如1Ω，将插接口E、插接口F连通，将单刀双掷开关合向D端连接电源即可。
实施例2
如图5所示，在进行断电自感演示时，只需在插接口A、插接口B间连接低电阻Ra，如1Ω，将插接口E、插接口F连通，将单刀双掷开关断开即可。
实施例3
如图6所示，在进行电磁振荡演示时，只需在插接口A、插接口B间连接电容Ca，如470uF，将插接口E、插接口F连通，将单刀双掷开关合向D端连接电源即可。
实施例4
如图7所示，在进行电磁振荡演示时，亦可在插接口A、插接口B间连接电容Ca，如470uF，将插接口E、插接口F断开，将单刀双掷开关合向C端即可。
在上述设置的基础上为了更好地观测变化情况，还需对铁芯线圈、可变电阻等进行调整，由于该种调整为本领域技术人员的常规实验方式，在此便不作更多说明。
其中，可变电阻R1优选采用0~20Ω，可变电阻R优选采用0~20Ω。
按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。
Claims (5)
1.自感及电磁振荡演示两用仪，其特征在于，包括插接口A、插接口B、插接口E、插接口F和电源，一端连接至电源正极及插接口A端、另一端连接有微安表U的铁芯线圈L，串联后并联于微安表U两端的分流电阻R1和开关K1，上端与微安表U连接铁芯线圈L一端相对的另一端相连、下端通过可变电阻R连接于电源负极的单刀双掷开关K，所述插接口E端连接至微安表U上与连接铁芯线圈L一端相对的另一端，所述插接口B端连接至单刀双掷开关中间闸刀及插接口F端，所述插接口F端连接至单刀双掷开关中间闸刀。
2.根据权利要求1所述的自感及电磁振荡演示两用仪，其特征在于，所述可变电阻R大小为0~20Ω；所述分流电阻R1大小为0~20Ω。
3.根据权利要求1所述的自感及电磁振荡演示两用仪，其特征在于，所述铁芯线圈的铁芯采用C型硅钢制造而成。
4.根据权利要求1所述的自感及电磁振荡演示两用仪，其特征在于，所述微安表U采用0~100uA的电流表。
5.根据权利要求1所述的自感及电磁振荡演示两用仪，其特征在于，所述电源为一节干电池。
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