本發(fā)明涉及一種物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，特別涉及一種高中物理渦流演示儀。
二、
背景技術(shù)：
高中物理人教版、魯科版等版本中在渦流這一節(jié)并沒有實(shí)驗(yàn)演示模型，僅僅講述了冶煉爐的構(gòu)成，由于冶煉爐無法在課堂中實(shí)際演示，所以學(xué)生無法從實(shí)驗(yàn)中直觀感受這個(gè)物理現(xiàn)象，影響學(xué)習(xí)的效果。
三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于以上問題，本發(fā)明專利申請?zhí)峁┮环N高中物理渦流演示儀以及使用此演示儀進(jìn)行試驗(yàn)的方法，借助于簡單的實(shí)驗(yàn)儀器，很容易感受渦流的產(chǎn)生以及影響，實(shí)驗(yàn)方便，操作簡單。
本發(fā)明專利申請的渦流演示儀，可以實(shí)現(xiàn)對渦流的直觀演示，其包括兩個(gè)磁性小球、一個(gè)水平面板和直徑相同的三根直管，所述三根直管豎直且并排固定放置在水平面板上，每根直管的下端底部為水平面板的上表面；
所述三根直管包括第一、第二、第三根直管，其中，所述第一根直管為兩端開口的中空塑料直管，所述第二根直管為兩端開口的中空金屬直管，所述第三根直管為兩端開口的中空且管壁自上而下具有一開縫的金屬直管，三根直管的長度相同；
所述三根直管的內(nèi)徑和外徑直徑均相同，所述兩個(gè)磁性小球的直徑相同，且所述兩個(gè)磁性小球的直徑小于所述三根直管的內(nèi)徑直徑；
所述第二根直管和第三根直管是材質(zhì)相同的鋁管或銅管；
所述三根直管的長度可以為40-80cm；所述三根直管的長度具體為50cm；
所述水平面板的材質(zhì)為木質(zhì)。
本申請使用所述渦流演示儀進(jìn)行渦流演示的具體方法包括以下各步驟：
第一步，取兩個(gè)磁性小球，一個(gè)磁性小球從所述第一根直管即中空塑料直管的上端口下落到水平面板的上表面，另外一個(gè)磁性小球從與所述第一根直管的所述上端口高度相同的管外側(cè)空中下落到水平面板的上表面，通過聽所述磁性小球降落到水平面板的聲音，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小球同時(shí)落地，可以得出在所述第一根直管中下落的磁性小球沒有能量損失，不會(huì)形成阻礙磁性小球下落的力，不會(huì)形成渦流。
第二步，取兩個(gè)磁性小球，從所述第一根直管的上端口和所述第二根直管的上端口同時(shí)下落，會(huì)聽到所述第一根直管中的磁性小球先落地，而所述第二根直管中的磁性小球延遲一段時(shí)間再落地。延遲時(shí)間大概達(dá)到0.4秒。這里可以把所述第二根直管想象成一圈圈的環(huán)形圈形成的，磁性小球在下落的過程中，由于第二根直管中類似于環(huán)形的金屬圈的磁通量發(fā)生了改變，會(huì)在第二根直管中產(chǎn)生一圈一圈的環(huán)形電流，即渦流。根據(jù)能量守恒定律，由于渦流的形成，產(chǎn)生了電流，消耗了電能，磁性小球在下落中能量損失，速度減小，所以下落時(shí)間延長。通過力的角度分析，所述第二根直管中的環(huán)形電流產(chǎn)生了磁場，阻礙了磁性小球的下落，使得磁性小球的下落時(shí)間延長。
第三步，取兩個(gè)磁性小球，從所述第一根直管的上端口和所述第三根直管的上端口同時(shí)下落，會(huì)聽到所述第一根直管中的磁性小球先落地，而所述第三根直管中的磁性小球延遲一段時(shí)間再落地。雖然所述第三根直管的管壁開縫不閉合，不能形成一圈一圈的環(huán)形電流，但是管壁的閉合處可以分割成無數(shù)塊閉合部分，這些閉合部分由于磁性小球的下落仍然可以形成閉合電流，所以所述第三根直管中的磁性小球下落中仍然有能量損失，下落時(shí)間也會(huì)延長。所以在實(shí)際應(yīng)用中，即使把閉合金屬管做成不閉合的，也無法消除渦流的影響。
第四步，取兩個(gè)磁性小球，從所述第二根直管的上端口和所述第三根直管的上端口同時(shí)下落，會(huì)聽到所述第三根直管中的小球先落地。這是因?yàn)樗龅谌惫艿臏u流比所述第二根直管的渦流小，對小球的阻礙作用小，小球的能量損失小。由此可見，雖然把閉合金屬管做成開縫的即不閉合的，無法消除渦流的影響，但是可以減小一部分渦流的影響。
這個(gè)渦流演示儀及其試驗(yàn)方法，通過聽小球下落的聲音的不同，可以感受到渦流對小球下落的影響，操作簡單，實(shí)驗(yàn)方便，非常適合高中物理的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
四、附圖說明
圖1：是本發(fā)明專利申請的渦流演示儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
五、具體實(shí)施方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式，以解釋本發(fā)明。
本申請所涉及的渦流演示儀如圖1所示，所述渦流演示儀包括兩個(gè)磁性小球1、一個(gè)水平面板2和三根直管3、4、5，所述三根直管3、4、5豎直且并排固定放置在水平面板上，即三根直管3、4、5的徑向方向與水平面板2的水平平面方向垂直，所述三根直管3、4、5的內(nèi)徑直徑相同，所述三根直管3、4、5包括第一、第二、第三根直管，其中，所述第一根直管為兩端開口的中空塑料直管，所述第二根直管為兩端開口的中空金屬管，所述第三根直管3、4、5為兩端開口的中空且管壁自上而下具有一開縫的金屬管，即在管壁的一側(cè)從上到下打開一條縫，三根直管的長度相同，長度均為40-80cm，優(yōu)選為50cm，所述第二根直管和第三根直管3、4、5的材質(zhì)相同，都為鋁管或銅管，其材質(zhì)不能是鐵，因?yàn)榇判孕∏?會(huì)與鐵吸引而使演示無法成功。三根直管3、4、5均固定在水平面板2上，直管的下端底部為水平面板2的上表面。
所述磁性小球1的直徑小于所述三個(gè)直管3、4、5的內(nèi)徑直徑。
所述水平面板2的材質(zhì)為木質(zhì)。
本申請使用所述渦流演示儀進(jìn)行渦流演示的具體方法包括以下各步驟：
第一步，取兩個(gè)磁性小球，一個(gè)磁性小球從所述第一根直管即中空塑料直管的上端口下落到水平面板的上表面，另外一個(gè)磁性小球從與所述第一根直管的所述上端口高度相同的管外側(cè)空中下落到水平面板的上表面，通過聽所述磁性小球降落到水平面板的聲音，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小球同時(shí)落地，可以得出在所述第一根直管中下落的磁性小球沒有能量損失，不會(huì)形成阻礙磁性小球下落的力，不會(huì)形成渦流。
第二步，取兩個(gè)磁性小球，從所述第一根直管的上端口和所述第二根直管的上端口同時(shí)下落，會(huì)聽到所述第一根直管中的磁性小球先落地，而所述第二根直管中的磁性小球延遲一段時(shí)間再落地。延遲時(shí)間大概達(dá)到0.4秒。這里可以把所述第二根直管想象成一圈圈的環(huán)形圈形成的，磁性小球在下落的過程中，由于第二根直管中類似于環(huán)形的金屬圈的磁通量發(fā)生了改變，會(huì)在第二根直管中產(chǎn)生一圈一圈的環(huán)形電流，即渦流。根據(jù)能量守恒定律，由于渦流的形成，產(chǎn)生了電流，消耗了電能，磁性小球在下落中能量損失，速度減小，所以下落時(shí)間延長。通過力的角度分析，所述第二根直管中的環(huán)形電流產(chǎn)生了磁場，阻礙了磁性小球的下落，使得磁性小球的下落時(shí)間延長。
第三步，取兩個(gè)磁性小球，從所述第一根直管的上端口和所述第三根直管的上端口同時(shí)下落，會(huì)聽到所述第一根直管中的磁性小球先落地，而所述第三根直管中的磁性小球延遲一段時(shí)間再落地。雖然所述第三根直管的管壁開縫不閉合，不能形成一圈一圈的環(huán)形電流，但是管壁的閉合處可以分割成無數(shù)塊閉合部分，這些閉合部分由于磁性小球的下落仍然可以形成閉合電流，所以所述第三根直管中的磁性小球下落中仍然有能量損失，下落時(shí)間也會(huì)延長。所以在實(shí)際應(yīng)用中，即使把閉合金屬管做成不閉合的，也無法消除渦流的影響。
第四步，取兩個(gè)磁性小球，從所述第二根直管的上端口和所述第三根直管的上端口同時(shí)下落，會(huì)聽到所述第三根直管中的小球先落地。這是因?yàn)樗龅谌惫艿臏u流比所述第二根直管的渦流小，對小球的阻礙作用小，小球的能量損失小。由此可見，雖然把閉合金屬管做成開縫的即不閉合的，無法消除渦流的影響，但是可以減小一部分渦流的影響。
可見，基于本發(fā)明的渦流演示實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行渦流演示實(shí)驗(yàn)，操作方法簡單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很明顯，可以很好的演示渦流產(chǎn)生的影響。