CN213545683U - 一种电功率教学实验演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电功率教学实验演示装置，它包括：变压器、多个被监测元件以及多个电力监测仪，其中，至少有两个所述被监测元件相串联并与所述的变压器构成串联电路，至少有两个所述被监测元件相并联并与此并联电路的电压由变压器的输出电压提供，多个所述的被监测元件具有相同或相异的额定功率，所述的电力监测仪与所述的被监测元件相并联，通过调整所述变压器电压的大小，在并联电路或串联电路中被监测元件的电压、电流和实际功率中通过相应的电力监测仪实时显示。解决了如何演示关于电功率相关概念的技术问题。

Description

一种电功率教学实验演示装置

技术领域

本实用新型涉及物理课教学中的一种演示装置，特别是涉及一种电功率教学实验演示装置。

背景技术

在物理课教学中，通过理论讲解，很难让学生明白实际功率、额定功率、发光效率等教学难点。

因此想到通过教具向学生进行演示，需要设计一套这样的教具。

实用新型内容

本实用新型目的是要提供一种电功率教学实验演示装置，解决如何演示关于电功率相关概念的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种电功率教学实验演示装置，它包括：变压器、多个被监测元件以及多个电力监测仪，其中，至少有两个所述被监测元件相串联并与所述的变压器构成串联电路，至少有两个所述被监测元件相并联并能够被所述变压器改变电压，多个所述的被监测元件具有相同或相异的额定功率，所述的电力监测仪与所述的被监测元件相并联，通过调整所述变压器电压的大小，使得在并联电路或串联电路中被监测元件的电压、电流和电功率中通过相应的电力监测仪随着变压器的调节实时显示。

优选地，所述的串联电路与所述的并联电路之间设置有切换开关。

优选地，所述被监测元件为照明灯。

进一步地，所述的照明灯包括白炽灯和LED灯，在串联电路中，被监测元件选择白炽灯和/或LED灯；在并联电路中，被监测元件选择白炽灯和/或LED灯。

更进一步地，所述变压器为自耦变压器。

再进一步地，所述电力监测仪还能够实时显示被监测元件的电功。

优选地，它还包括测温枪，所述测温枪用于测量所述照明灯的表面温度。

优选地，所述串联电路和所述并联电路共用所述变压器。

优选地，所述被监测元件可分离地连接在所述串联电路或所述并联电路中。

优选地，它还包括电能表和被监测耗能件，所述电能表和所述被监测耗能件相串联构成单独的电通路，并联于所述被监测耗能件也设置有电力监测仪，电力监测仪能够实时显示所述被监测耗能件的电压、电流和实际功率。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型的电功率教学实验演示装置，由于设置了变压器、多个被监测元件以及多个电力监测仪，通过电力监测仪读出串联电路或并联电路中被监测元件的实际功率，解决了基于P=I²R和P=U²/R分析时，人为规定电阻不变而实际变化十分巨大的缺陷。另外，在并联电路中，利用变压器改变电压，让学生直观看到照明灯非正常发光，从而打破了学生认为照明灯并联接入家庭电路中就一定正常发光的定势思维。然后再通过调节变压器使照明灯正常发光，通过电力监测仪读出照明灯的功率等于铭牌上标注的额定功率，帮助学生理解了实际功率和额定功率间的区别与联系。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型优选实施例的电功率教学实验演示装置的立体示意图；

图2是图1所使用的电路图；

其中，附图标记说明如下：

1、电能表；

2、变压器；

3、第一插座；

4、第二插座；

5、第三插座；

6、第一电力监测仪；

7、第二电力监测仪；

8、第三电力监测仪；

9、测温枪；

10、白炽灯；

11、LED灯；

12、第四插座；

13、第四电力监测仪；

14、面板；141、提手孔；

15、支撑脚；

16、开关；

17、插头；

18、切换开关；

19、电水壶。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示电功率教学实验演示装置，包括一个面板14，面板14为竖直状态，面板14底部设置有支撑脚15，支撑脚15用于维持面板14的竖直状态。各部件安装在面板14的同一表面，从而可以使面板14面向学生，方便于演示，当然面板也可使用透明材料或面板上画上线路图，帮助学生看清电路结构。面板14上还开设有提手孔141，方便于提拿。

如图1，面板14上设置有电能表1、变压器2、第一插座3、第二插座4、第三插座5、以及多个电力监测仪（第一电力监测仪6、第二电力监测仪7以及第三电力监测仪8），还配备有测温枪9。

其中，电能表1设置在电源线路中，用于测量电路消耗的电能。变压器2用于改变电压，第一插座3、第二插座4和第三插座5分别用于插置照明灯。照明灯选择白炽灯10和LED灯11。白炽灯10或LED灯11连接在插头17上，插头17用于与第一插座3、第二插座4或第三插座5可分离地相连接，实现白炽灯10或LED灯11可分离地连接在第一插座3、第二插座4或第三插座5上。

第二插座4与第一插座3为串联，第三插座5与第一插座3为并联，具体参见图2的电路图。从而实现串联电路和并联电路的设置。其中，第一插座3及其上的照明灯、第二插座4及其上的照明灯以及变压器2构成串联电路。其中，第一插座3及其上的照明灯、第三插座5及其上的照明灯构成并联电路且此并联电路的电压由变压器的输出电压提供。本例中，为了减小构件数量，使串联电路与并联电路共用一个第一插座3及其上的照明灯，串联电路与并联电路还共用变压器2。本例的变压器2采用自耦变压器（或称单绕组变压器）。

如图1，串联电路和并联电路之间还设置有切换开关18（具体参见图2的电路实现），可以将工作电路切换为串联电路或并联电路。

第一插座3、第二插座4和第三插座5上分别设置有开关16，用于单独控制该第一插座3、第二插座4或第三插座5的通断电状态，更加方便于演示。

与第一插座3、第二插座4和第三插座5分别并联有第一电力监测仪6、第二电力监测仪7和第三电力监测仪8。通过第一电力监测仪6、第二电力监测仪7和第三电力监测仪8可以实时显示照明灯的电压、电流和实际功率。

串联电路中，可以选择两个白炽灯10，这两个白炽灯10的额定功率可以相同，也可以不相同。也可以选择两个LED灯11，这两个LED灯11的额定功率可以相同，也可以不相同。另外还可以选择一个为白炽灯10，另一个为LED灯，这两个照明灯的额定功率可以相同，也可以不相同。最后，不限于两个照明灯串联，还可以设置更多的照明灯串联或设置其他非照明灯的用电器串联。当然，优选为选择两个额定功率不相同的白炽灯10。

并联电路中，同样可以有多种选择方案：两个照明灯均为白炽灯10；两个照明灯均为LED灯11；其中一个照明灯为白炽灯10，另一个照明灯为LED灯11，还可以选择其他非照明灯的用电器并联。优选为选择一个白炽灯10和另一个LED灯11相并联，且两灯的额定功率不相同。

电源线路中还设置有第四插座12，对应于第四插座12设置有第四电力监测仪13。第四电力监测仪13用于监测与第四插座12连接的被监测耗能件（较大功率的电器比如电水壶19）的电压、电流和实际功率。电能表1、第四插座12及其上的电水壶19可以构成一个单独的电通路。

本例还配备了测温枪9，测温枪9用于测量照明灯表面的温度。

该套电功率教学实验演示装置可实现四种演示。详见下述。

一，将两个白炽灯10串联，两个白炽灯10的额定功率分别为“220V-15W”、“220V-25W”，通过第一电力监测仪6和第二电力监测仪7读出两个白炽灯10的电流和电压，通过电流、电压值分别计算出两个白炽灯10这时的电阻，为2571Ω和921Ω，这与两个白炽灯10正常发光（即分别在220V电压下工作的额定电阻）时的电阻3227Ω和1936Ω相差巨大。由此学生明白了，基于P=I²R和P=U²/R分析时，人为规定电阻不变而存在的缺陷，同时通过第一电力监测仪6和第二电力监测仪7显示的两灯的实际功率为10W和3.61W，再结合灯泡亮度（“220V-15W”更亮），帮助学生明白灯泡的亮度由实际功率决定。

二，将两个白炽灯10“220V-15W”、“220V-25W”并联，通过变压器2改变电压，使电压低于额定电压，比如将电压调至128V，这时两个白炽灯10发光均暗于正常发光。分别通过第一电力监测仪6和第三电力监测仪8读出两个白炽灯10的实际功率为7.15W、10.9W。打破了学生认为照明灯并联接入家庭电路中就一定正常发光的定势思维。

然后通过变压器2将电压调至正常电压220V，分别通过第一电力监测仪6和第三电力监测仪8读出两灯这时的实际功率14.9W、25W，在误差允许范围内，恰好等于铭牌上的额定功率15W和25W，使学生理解了实际功率与额定功率的区别与联系。

三，将“220V-15W”白炽灯10和“220V-5W”的LED灯11并联，且使电压为220V，分别通过第一电力监测仪6和第三电力监测仪8读出两灯这时的实际功率14.9W、5.01W。白炽灯的实际功率更大，便是却比LED灯要暗。用红外测温枪9分别测出白炽灯10和LED灯11的表面温度，分别为130.1℃、35.8℃。揭示，白炽灯10在工作的时候，将消耗的电能除了转化为光能，大部分转化为了内能，光电转化效率远远低于LED灯11。如此学生对发光效率便有了更好的理解。

四，还具有众多拓展功能。比如可以在家庭电路下，验证串、并联电路中电流间的关系、电压间的关系，验证W_总=W₁+W₂+……，P_总=P₁+P₂+……，还可定量验证电功的计算公式W=UIt，采集用电器的电流和电压数据获取I-U图像，以及探究电流与电压和电阻的关系。

比如定量验证电功的计算公式W=UIt的方法为，断开照明灯电路（将变压器2连接在第四插座12中的插头取出），将电水壶接入第四插座12烧水，电水壶工作20s。参数为1600imp/(kwh)的电能表1指示灯闪烁16次，计算出电流做功W=36000J。同时从第四电力监测仪13上读出电压U为224V，电流I=8.113A，计算出UIt=36346J，在误差范围内与通过电能表1测算出的电流做功36000J几乎一致。加深了学生对电功公式W=UIt的理解。

综上所述，本例的电功率教学实验演示装置，能够通过直观的方式向学生演示实际功率、额定功率、发光效率等教学难点，且具有其它拓展功能比如验证电功公式W=UIt，能够加深学生对电功率相关概念的深刻理解，优化了电功率教学，提升了课堂教学效率。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电功率教学实验演示装置，其特征在于，它包括：变压器、多个被监测元件以及多个电力监测仪，其中，至少有两个所述被监测元件相串联并与所述的变压器构成串联电路，至少有两个所述被监测元件相并联并与所述的变压器构成并联电路，多个所述的被监测元件具有相同或相异的额定功率，所述的电力监测仪与所述的被监测元件相并联，通过改变所述变压器电压的大小，使得在并联电路或串联电路中被监测元件的电压、电流和实际功率通过相应的电力监测仪随着变压器的调节实时显示。

2.根据权利要求1所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：所述的串联电路与所述的并联电路之间设置有切换开关。

3.根据权利要求1所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：所述被监测元件为照明灯。

4.根据权利要求3所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：所述的照明灯包括白炽灯和LED灯，在串联电路中，被监测元件选择白炽灯和/或LED灯；在并联电路中，被监测元件选择白炽灯和/或LED灯。

5.根据权利要求4所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：所述变压器为自耦变压器。

6.根据权利要求5所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：所述电力监测仪还能够实时显示被监测元件的电功。

7.根据权利要求3所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：它还包括测温枪，所述测温枪用于测量所述照明灯的表面温度。

8.根据权利要求1所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：所述串联电路和所述并联电路共用所述变压器。

9.根据权利要求1所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：所述被监测元件可分离地连接在所述串联电路或所述并联电路中。

10.根据权利要求1所述的电功率教学实验演示装置，其特征在于：它还包括电能表和被监测耗能件，所述电能表和所述被监测耗能件相串联构成单独的电通路，并联于所述被监测耗能件也设置有电力监测仪，电力监测仪能够实时显示所述被监测耗能件的电压、电流和实际功率。

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