CN2694401Y

CN2694401Y - 电力线分布实验仪

Info

Publication number: CN2694401Y
Application number: CN 200420021362
Authority: CN
Inventors: 王乐安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2014-03-25

Abstract

本实用新型用于中学物理电磁学演示，特别是一种电力线分布实验仪。现有电力线分布演示实验装置使用一次性的导电纸，使用中容易将导电纸划破或戳穿，按压探针用力大小不同对寻找等势点有影响，总体实验结果不理想。本实用新型包括电源、带电极柱的绝缘基座，带安装孔的导电板，“U”形夹式探针电势探针，电极柱穿入导电板的安装孔，导电板位于绝缘基座上方且和绝缘基座间有空隙，探针有两臂，一臂内侧设置有导电件，另一臂上有相应的描绘孔，绝缘基座上有电阻装置，电极柱和电阻装置跨接在电源正负极之间，导电件串接电流表后与电阻装置电相连。通过可反复使用的导电板替代导电纸，使用寿命长；夹式探针寻找出的等势点更精准，实验效果更好。

Description

电力线分布实验仪

【所属技术领域】

本实用新型属于教学仪器，用于普通中学物理电磁学演示，特别是一种通过描绘等势线来绘制电力线分布的电力线分布实验仪。

【背景技术】

静电场是物理学的一个重要基本概念。传统中学物理实验中静电场的描绘都是采用碳膜导电纸上的稳衡电流场模拟静电场的分布。这种方法是在一块绝缘板上依次铺放白纸、复写纸和导电纸(有导电物质的一面向上)，然后用图钉把它们固定在木板上，在导电纸上平放着两个跟它接触良好的圆柱形电极A、B，用导线分别与电源的正、负极相连，作为正、负“电荷”，用2个探针在导电纸上按压寻找等势点来描绘出等势线。使用时一个探针按压在导电纸上，另一个探针在导电纸上移动寻找等势点(其中等势点的确定采用测量电流的方式，即2探针间的电流为零代表两者电势相等)，找到等势点后再用探针按压导电纸，借助导电纸下的复写纸在白纸上留下相应痕迹，最后将白纸上的痕迹描绘成等势线再画出电力线分布。这种实验装置存在以下缺陷：1)带针尖的电势探针在导电纸上按压寻找等势点，容易将导电纸划破或戳穿，导电纸破损后会破坏其上导电物质分布的均匀性，影响寻找等势点；2)为确保实验效果，导电纸只使用一次，使用成本高，过于浪费；3)每个使用者按压探针时用力大小不同，有轻有重，难以保证2个探针以相同的压力按压在导电纸上，找到准确的等势点位置，实验结果不够理想。

【实用新型内容】

本实用新型的发明目的在于提供一种可以反复使用，经济实用，所寻找到的等势点位置更准确的电力线分布实验仪。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种电力线分布实验仪，包括电源(电源可以配套也可另购)、电流表、带有电极柱的绝缘基座，导电板，电势探针，其特征是导电板带有安装孔，电极柱穿入导电板的安装孔，导电板位于绝缘基座的上方，且和绝缘基座间有空隙，所述的电势探针为“U”形夹式探针，探针有两臂，一臂内侧设置有导电件，另一臂上设有相应的描绘孔，所述的绝缘基座上设有电阻装置，电极柱和电阻装置跨接在电源正负极之间，导电件与电阻装置电连接，电流表串接在导电件和电阻装置之间。使用时将导电板导电的一面朝下安装在电极柱上，再将事先打好安装孔的描绘纸铺设在导电板上，靠有弹性的电势探针两臂分别抵住导电板的导电面和描绘纸，将两个电极柱和电阻装置用导线接跨接在电源正负极之间，电极柱通电后导通导电板，此时有导电件的一臂在导电板导电的一面上移动，带动另一臂在描绘纸上做同样的运动，利用导电件和导电板的轻触寻找等势点，通过电流表读数为零判断等势，然后通过正对导电件的描绘孔用笔在描绘纸上直接绘制等势点的位置。电阻装置可以取到不同的电势以帮助寻找相应的等势点，绘制不同电势的等势线。由于不需要用探针刺探按压导电面，因此对导电板几乎没有伤害，延长了使用期限，消除了不同的使用者按压电势探针时用力不均对寻找等势点位置的不利影响，描绘出的等势点位置更准确，更接近实际的电场分布。在电阻装置两端加上恒定电压后，由于电阻产生的压降，电阻装置可以提供不同电势的基准点来帮助电势探针寻找相应的等势点绘制等势线，绘制出的电力线分布更完整。

本实用新型中所述的电阻装置由数个等值电阻串连而成，相邻电阻间的连线上设有触点座。每个电阻上的压降相同，不同位置的触点座电势不同，只要将电流表一端与不同的触点座电连接，即可得到不同的电势，以帮助寻找相应等势点，绘制不同电势的等势线，所作出的电力线对称分布，图形更完美。

本实用新型中所述的导电件呈球冠状，确保使用时球冠顶和导电板导电一面的接触为理想的点接触，更容易寻找到准确的等电势点的位置，使实验效果更好。

本实用新型中所述的描绘孔为锥形孔。方便使用铅笔插进孔中在描绘纸上绘制等势点。

本实用新型中所述的电极柱上部设有螺纹，配有压紧螺母，使导电板位置固定，实验过程中不会因电势探针的运动而产生位移，保证实验的精度。电极柱下部设有凸台。凸台大于导电板上开设的安装孔，使电极柱可以穿过导电板上的安装孔定位安放导电板，同时可以确保导电板位于凸台上，导电板和绝缘基座之间有空隙。在电极柱上部设置的螺纹上可以旋合压紧螺母以进一步固定导电板和放在导电板上的描绘纸，方便描绘等势点。

本实用新型中所述的导电板由绝缘层和紧贴绝缘层的导电碳粉层组成。将导电的碳粉喷涂在绝缘PVC板上成为一面导电的导电板，改变了以往导电纸只能用一次的缺点，导电板可以反复使用，在导电面上再用金属银印制出各种形状图案的电极，和电极柱导通后，就可以在导电板上模拟多种形状电极的电场分布情况。

本实用新型电力线分布实验仪结构简单，但构思巧妙，将导电纸改为一面导电的导电板，不容易划破或戳穿，可以反复使用，避免了以前导电纸只能用一次的缺陷，更为经济合理；通过带弹性的“U”形夹式电势探针在导电板上寻找等势点，同时在背面的描绘纸上绘制等势点的位置，对导电板导电一面没有过重的刺探磨损，有效延长了导电板使用寿命；球冠状的导电件和导电板进行理想的点接触来寻找等势点，使寻找到的等电势点更精准，实验效果更好。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进做进一步的说明。

【附图说明】

图1：本实用新型结构示意图。

图2：电势探针结构示意图。

图3：绝缘基座俯视图。

图4：绝缘基座侧视图。

图5：电势探针使用状态图。

图6：图5的A部放大图。

图7：图6的B部放大图。

图8-图10：各种不同形状电极的导电板示意图。

图11：实验原理图。

图12：描绘纸描绘出的电力线分布图。

图中：1.绝缘基座、2.电极柱、21.压紧螺母、3.导电板、4.电势探针、41.导电件、42.描绘孔、5.凸台、6.电阻、61.触点座、62.输入端、63.输出端、7.电流表、8.描绘纸。

【具体实施方式】

如图4所示，一个绝缘基座1，基座上设有两个电极柱2，电极柱2下部设凸台5，电极柱2上部带有螺纹，旋有压紧螺母21，绝缘基座1上还设置了一个由八个等值电阻6串联而成的电阻装置(如图3所示)，其中相邻连接的电阻之间的导线上设有触点座61(图3中可见7个触点座)；一个由图2所示的“U”形夹式电势探针4，探针有两臂，一臂内侧有一个球冠状导电件41(也可使用金属球代替)，导电件连接出一导线，正对导电件41的另一臂上开有一个相应的锥形描绘孔42；一块一面有导电碳层的导电板3，导电板上可以用金属银印制出各种不同形状的电极图案以便模拟不同的电场分布(如图8-10所示)，导电板3上对称的电极形状图案上开有两个和电极柱2相配的安装孔。

本实用新型依据电场中等势线描绘的实验原理绘制出电力线分布的图形，如图11所示，静电场的场强分布可以用电力线进行描述，而等势面(线)与电力线相垂直，通过实验测绘出电场的等势面(线)，就可以描绘出电力线。由于静电场中不存在电流，一般磁电式测量仪表，在有电流时才会有反应，因此难以确定静电场的等势线。而恒定电流的电荷分布和电磁场均不随时间变化，在均匀电介质中恒定电流的电场和静电场相似，利用其相似性，可以用恒定电流的电场模拟静电场，进行静电场的实验研究。而接到直流电源两端的小圆柱形电极之间形成的恒定电场，可以用来模拟等量异种电荷之间的静电场。实验中确定等势点的根据是：当两点电势相等时，连接该两点间的导线上无电流通过，否则将有电流从高电势点流向低电势点。

使用时如图5所示，让导电板3上两个安装孔对准相应电极柱2，导电面朝下，将导电板3放置在凸台5上，位于绝缘基座1上方，再铺上有相应安装孔的描绘纸8于导电板1上，然后将压紧螺母21旋在电极柱2上以固定导电板和导电纸(如图6所示)；把两个电极柱通过导线分别连接到电阻装置的输入端62和输出端63上，同时在电阻装置的输入和输出两端接上一个恒定电压的直流电源，从电势探针4的导电件41上接出导线串接电流表7，电流表的另一端连接到触点座61，用“U”形夹式电势探针4夹住导电板3和描绘纸8(如图7所示)，使球冠状导电件41抵在导电板上，描绘孔42位于描绘纸上。打开电源后，电极柱2导通导电板3上电极在导电板上导电的一面产生相应电场，移动夹式探针4，利用导电件41在导电板3导电一面移动寻找和所取的触点座61电势相同的等势点，用电流表7读数为零判断是否是等势点，将笔插入锥形的描绘孔42中在描绘纸8上绘制出那个点，多寻找几个等势点并连接起来可以绘制出一条等势线，一个触点座可以绘制出一条等势线。之后关掉电流表7，将电流表一端依次连接到7个不同位置的触点座61上重复进行，在描绘纸8绘出7条相应的等势线，得到如图12所示的图案，依据电力线与等势线垂直的原理，即可绘制出电力线的分布。

Claims

1、一种电力线分布实验仪，包括电源、电流表(7)、带有电极柱(2)的绝缘基座(1)，导电板(3)，电势探针(4)，其特征是导电板(3)带有安装孔，电极柱(2)穿入导电板(3)的安装孔，导电板(3)位于绝缘基座(1)的上方，且和绝缘基座(1)间有空隙，所述的电势探针(4)为“U”形夹式探针，探针有两臂，一臂内侧设置有导电件(41)，另一臂上设有相应的描绘孔(42)，所述的绝缘基座(1)上设有电阻装置，电极柱(2)和电阻装置跨接在电源正负极之间，导电件(41)与电阻装置电连接，电流表(7)串接在导电件和电阻装置之间。

2、根据权利要求1所述的电力线分布实验仪，其特征是所述的电阻装置由数个等值电阻(6)串连而成，相邻电阻间的连线上设有触点座(61)。

3、根据权利要求1所述的电力线分布实验仪，其特征是所述的导电件(41)呈球冠状。

4、根据权利要求1或3所述的电力线分布实验仪，其特征是所述的描绘孔(42)为锥形孔。

5、根据权利要求1所述的电力线分布实验仪，其特征是所述的电极柱(2)上部配有压紧螺母(21)，下部设有凸台(5)。

6.根据权利要求1所述的电力线分布实验仪，其特征是所述的导电板(3)由绝缘层和紧贴绝缘层的导电碳粉层组成。