專利名稱：分子物理學模擬演示裝置的制作方法
技術領域：
本裝置屬于物理模擬實驗儀器。
國內已有的分子物理學模擬演示裝置大致分為氣桌式和振動式兩種。氣桌式的缺點是造價高，且僅限于二維運動，無法提供三維圖象；振動式的缺點是噪音大，模擬的內容少、“核子”運動的均勻性差。
本實用新型的目的是提供一種形象的分子物理模擬實驗演示裝置。
新研制的分子物理學模擬演示裝置改變了靠“粒子”與器壁或底板碰撞提供能量的傳統(tǒng)方式，首次采用了“用電磁場為微粒模型提供能量”的設計方案，使內部鑲有鐵磁性物質的泡沫塑料小球在斷續(xù)的交變磁場中運動，用來模擬理想氣體分子的熱運動、擴散現(xiàn)象、布朗運動、氣體膨脹作功、理想氣體向真空的膨脹、粒子在重力場中按高度的分布等內容。
既可直接觀察，又可投影到屏幕上觀察。本裝置電路新穎，操作方便，直觀形象效果顯著。有利于通過宏觀現(xiàn)象說明微觀機制，有效地提高教學質量。
該裝置由主體、斷續(xù)交變電壓發(fā)生器和附件三部分組成。
附


圖1為分子物理模擬演示裝置主體示意圖。
附圖2為隔板模型示意圖。
附圖3為活塞模型示意圖。
(一)主體主體的線圈骨架(1)用有機玻璃板粘制而成，用φ0.4-0.8mm的漆包線纏800-1500匝(2)，骨架的上表面粘兩條帶槽的有機玻璃條(3)，配置一塊可沿槽抽動的透明玻璃作上蓋(4)，將另一塊同樣大小的玻璃(5)固定在骨架的下面，為下底。稱由線圈的內框、上蓋和下底所圍成的空間為“工作室”。上、下底由透明材料構成。
(二)斷續(xù)交變電壓發(fā)生器將線圈與一個雙向可控硅串聯(lián)，通過自耦變壓器接到220V交流電源上，構成工作電路。
控制電路是一個由集成元件NE555與幾個分立元件接成的多諧振蕩器，產生的方波加到雙向可控硅的控制極上，于是，加到線圈兩端的是一個斷續(xù)的交變電壓，其斷續(xù)規(guī)律由方波的頻率和占空比來決定?？刂齐娐匪璧闹绷麟妷嚎捎筛呻姵貑为毺峁?，也可由交流電源經變壓、整流、濾波后提供。
(三)附件1、微觀粒子模型把泡沫塑料加工成如下兩種規(guī)格的小球；A類，直徑約為φ6mm，里面插一小段大頭針(長約4mm)，可作50個；B類，直徑約為φ14mm，里面插入一根小螺絲釘(尺寸約為3mm×8mm)，可作30個。
將每個小球的插痕塞入泡沫塑料堵嚴，然后設法把小球烤光滑。
2、懸浮顆粒模型把泡沫塑料加工成兩個園球，一個約為φ25mm，另一個約為φ15mm，用來模擬布朗運動。
3、隔板模型用厚度約為0.5cm的泡沫塑料板制成，專供模擬擴散現(xiàn)象用。其中隔板(6)可從緊靠在工作室內壁的(7)中柝下或裝上。
4、活塞模型用厚度約為1cm的泡沫塑料板制成活塞模型(8)，其面積稍小于線圈內框的橫截面的面積，垂直于活塞固定一段約φ1mm的鋼絲(9)，作為“活塞桿”。為減少摩擦，在“活塞的底邊配置兩個有機玻璃制的小輪(10)。
使用時，先將主機放在投影儀上面，主機的線圈接斷續(xù)交變電壓發(fā)生器的輸出端，發(fā)生器的輸入端經自耦變壓器與交流電源相連。
根據模擬演示內容的需要，將微觀粒子模型或其它附件放入“工作室”中，蓋好上蓋，先將自耦變壓器的輸出電壓調小，然后接通電源，逐漸增大電壓，調節(jié)斷續(xù)交變電壓的斷續(xù)頻率和占空比，就可以在屏幕上得到分子物理學中某些現(xiàn)象或過程的形象化的微觀圖景。
本裝置可用來模擬以下內容；(1)理想氣體分子的熱運動把A類小球全部放在工作室內，接通電源，小球在斷續(xù)的交變磁場中各自沿任意方向運動，彼此碰撞及與器壁碰撞可模擬理想氣體分子的熱運動。改變工作電壓或改變方波的頻率與占空比，小球的運動速度會隨之改變，可用來說明分子熟運動的快慢與溫度的關系。
(2)氣體分子的擴散現(xiàn)象把泡沫塑料隔板(6)和(7)放在工作室內，將工作室隔成相等的兩部分，分別放入A類小球和B類小球。接通電源，它們只能在各自被限定的范圍內運動。撤去隔板(6)，小球作無規(guī)則運動的范圍將擴散到整個工作室，最后趨于均勻分布。
(3)布朗運動在工作室內放入懸浮顆粒模型和全部A類小球，接能電源，懸浮顆粒在小球的撞擊下沿折線運動，可用來模擬布朗運動的成因。此外，還可以模擬布朗運動與溫度的關系，與懸浮顆粒大小之間的關系。
(4)在重力場中氣體分子按高度的他分布把A類小球全部放在工作室內，并將主機與水平面大約成30°傾斜放置，接能電源，可以在屏幕上得到粒子在豎直方向上的非均勻分布，用來模擬在重力場中氣體分子按高度的分布。
(5)氣體膨脹作功把附件中的活塞模型放入工作室中，讓活塞桿(9)從固定在線圈框上的金屬管中穿過這樣就構成了一個活塞，氣缸模型。把B類小球全部入入工作室中，實驗者先用活塞把小球全部推到氣缸的“底部”，然后接通電源，小球的運動將逐漸推動活塞運動，可模擬氣體膨脹作功。
(6)氣體自由膨脹的不可逆性首先在工作室的左半部分放置某類小球，然后接通電源，小球運動起來之后，很快地在整個工作室均勻分布開，不能再自發(fā)地回到初始狀態(tài)?？捎脕砟M氣體自由膨脹的不可逆性。
權利要求1.一種分子物理學模擬演示裝置，其特征在于該裝置由主體、斷續(xù)交變電壓發(fā)生器和附件三部分組成，主體部分由線圈骨架(1)、可抽動的透明玻璃上蓋(4)及玻璃下底(5)構成“工作室”，附件有微觀，粒子模型，分為A、B兩類，內部分別插一小段大頭針或小螺絲釘，可各做50個、30個。懸浮顆粒模型，用泡沫塑料加工成約φ25mm及φ15mm兩園球，用以演示布朗運動，隔板模型厚度約為0.5cm的泡沫塑料板(6)，可在工作室內拆裝，將工作室隔成兩部分，活塞模型厚約為1cm的泡沫塑料制成(8)，稍小于工作室的橫截面面積，垂直于活塞固定一段約φ1mm的鋼絲，為活塞桿(9)，活塞底部配有兩個小輪(10)，附有斷續(xù)交變電壓發(fā)生器，接220N交流電源上為主體部分的線圈供電。
2.按權利要求1所述的分子物理學模擬演示裝置，其特征是主體部分線圈用φ0.4-0.8mm的漆包線繞800-1500匝。
3.按權利要求1所述的分子物理學模擬演示裝置，其特征是所說的A類粒子模型直徑約為φ6mm，嵌入的大頭針長約4mm，B類粒子模型約為φ14mm，嵌入的小螺絲釘尺寸約為M3m×8mm。
4.按權利要求1所述的分子物理學模擬演示裝置其特征是工作室上、下底由透明材料構成，可與投影儀組合應用。
專利摘要本實用新型屬物理模擬演示實驗儀器。由主體、斷續(xù)交變電壓發(fā)生器和附件三部分組成。該儀器是把一個特制的線圈與雙向可控硅串聯(lián)接到交流電源上，用多諧振蕩器產生的方波控制交流電的通斷，在線圈周圍將得到斷續(xù)的交變磁場。把若干鑲有鐵磁性物質的泡沫塑料小球放在斷續(xù)的交變磁場的工作室中，小球的運動可用來模擬微觀粒子的運動，適當配合一些附件，可以緊密結合普物與中學物理的課堂教學，模擬分子物理學中的分子熱運動、擴散、布朗運動，氣體膨脹作功等多項內容。
文檔編號G09B23/00GK2244753SQ95218358
公開日1997年1月8日 申請日期1995年8月10日 優(yōu)先權日1995年8月10日
發(fā)明者趙永光, 戰(zhàn)青 申請人:吉林省教育學院