本實用新型涉及一種中學(xué)物理演示儀,具體地講,涉及一種交流發(fā)電機原理演示儀。
背景技術(shù):
交流發(fā)電機是中學(xué)物理中電磁感應(yīng)定律的一種應(yīng)用。中學(xué)物理所學(xué)習(xí)的交流電的產(chǎn)生原理是:當(dāng)閉合線圈在磁場中繞垂直于磁感線的軸線做勻角速度轉(zhuǎn)動時,閉合線圈的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,從而在閉合線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。電流的方向只取決于線圈轉(zhuǎn)動的角度ωt,線圈順時針轉(zhuǎn)動一周的過程中,每經(jīng)過一次中性面電流的方向改變一次,一個周期變化兩次。
在中學(xué)的課程標準中要求學(xué)生知道交流電的產(chǎn)生原理及電流方向的變化,中學(xué)教材中通過講解交流發(fā)電機的原理解釋交流電的產(chǎn)生原理,并以圖解法分步講解閉合線圈的轉(zhuǎn)動、線圈中磁通量的變化、根據(jù)楞次定律分析電流方向的變化幾個過程。但是交流電的概念過于抽象,不易于理解,學(xué)生不能一一理解上述抽象的概念及物理過程。在課堂教學(xué)中,教師多采用圖解法來教學(xué),但此方法過于簡單,不能展示物理變化過程,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無法形象直觀的看到線圈平面轉(zhuǎn)動到不同位置時線圈內(nèi)感應(yīng)電流方向的變化,并且不能透徹理解并掌握這一物理過程。傳統(tǒng)教學(xué)中的圖解講授法效率低,不直觀,演示效果差,學(xué)生學(xué)習(xí)效果不好。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種交流發(fā)電機原理演示儀,安裝簡單易操作,將抽象的物理變化過程轉(zhuǎn)變的更加直觀、形象,克服了傳統(tǒng)演示儀器現(xiàn)象不直觀、演示效果差、難以講解的弊端。
本實用新型采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)發(fā)明目的:
一種交流發(fā)電機原理演示儀,其特征是:通過采用LED流水燈演示電流方向的變化,通過控制電路對LED流水燈進行控制,根據(jù)線圈與磁場的角度關(guān)系,改變LED流水燈的流動方向,展示磁通量變化與感應(yīng)電流方向之間的關(guān)系,將復(fù)雜的物理原理直觀形象化,大大提高交流發(fā)電機原理的課堂演示效果,增強學(xué)生的理解。
作為對本技術(shù)方案的進一步限定,所述的展示板及其底座的材料為硬質(zhì)泡沫板。
作為對本技術(shù)方案的進一步限定,線圈與展示板通過轉(zhuǎn)軸連接。
作為對本技術(shù)方案的進一步限定,控制電路由感應(yīng)開關(guān)模塊、流水燈控制模塊兩部分組成??刂齐娐酚筛袘?yīng)開關(guān)模塊確定線圈位置,然后通過單片機來控制LED流水燈的變化。
作為對本技術(shù)方案的進一步限定,感應(yīng)開關(guān)為霍爾感應(yīng)開關(guān)。
作為對本技術(shù)方案的進一步限定,線圈頂部中心垂直線圈平面方向上設(shè)置有兩個與霍爾感應(yīng)開關(guān)對應(yīng)的永磁體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型的優(yōu)點和積極效果是:本實用新型組成結(jié)構(gòu)簡單,便于攜帶,操作方便,易于教師在課堂教學(xué)中使用,并且在授課過程中,利用LED流水燈展示電流方向,并通過控制電路控制LED流水燈流動方向的變化來表現(xiàn)線圈在轉(zhuǎn)動過程中線圈平面與磁場方向的角度變化引起線圈內(nèi)部的電流方向是如何變化的,在展示過程中,學(xué)生可以清楚直觀的看到線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向隨線圈平面轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化,便于學(xué)生學(xué)習(xí)交流發(fā)電機的原理,并且更加透徹的理解楞次定律、感應(yīng)電流之間的關(guān)系以及交變電流這一概念。
附圖說明
圖1為本實用新型優(yōu)選實施例的裝置示意圖。
圖中,1、展示板,2、線圈,3、LED流水燈,4、永磁體,5、控制電路,6、轉(zhuǎn)軸。
圖2為本實用新型優(yōu)選實施例的控制電路原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型作更進一步的詳細說明。
參見圖1,所述展示板1中空位置設(shè)置有線圈2,線圈2上安裝有LED流水燈3,線圈頂部與線圈平面垂直方向兩端設(shè)置有兩個永磁體4,展示板1頂部設(shè)置有控制電路5。
所述永磁體4為圓形釹鐵硼永磁磁鐵。
所述控制電路5包括流水燈控制模塊、感應(yīng)開關(guān)模塊。
所述感應(yīng)開關(guān)模塊包括霍爾開關(guān)、永磁體4。
所述流水燈控制模塊包括單片機、電源。
本實用新型的工作流程為:接通演示儀電源,手動旋轉(zhuǎn)線圈2,線圈2切割磁感線,根據(jù)展示板1上的磁場方向,可以判斷線圈2中磁通量的增減變化,根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知線圈2產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,通過楞次定律可以判斷感應(yīng)電流的方向,控制電路5中的流水燈控制模塊控制LED流水燈3 點亮并向所產(chǎn)生電流的方向流動;當(dāng)線圈2平面轉(zhuǎn)至與展示板平面垂直時,永磁體4靠近霍爾開關(guān),永磁體4的磁場作用于霍爾開關(guān),使霍爾開關(guān)產(chǎn)生電流信號,控制電路5接收到該信號后,通過單片機控制LED流水燈流動方向的改變,從而表示感應(yīng)電流方向的變化;線圈2繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周,永磁體4上的兩個磁鐵各經(jīng)過霍爾開關(guān)1次,實現(xiàn)線圈旋轉(zhuǎn)一周感應(yīng)電流方向變化2次的演示效果。
當(dāng)然,上述說明并非對本實用新型的限制,本實用新型也不僅限于上述舉例,本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換,也屬于本實用新型的保護范圍。