初中電學實驗盒的製作方法
2023-12-02 13:22:31
專利名稱：初中電學實驗盒的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於教學儀器領域，具體地是涉及一種可做義務教育初中物理教學大綱中的二十餘個電學、磁學實驗的初中電學隨堂實驗學具盒。
現有的電學實驗盒不能把國家教育委員會1992年制定的《九年義務教育全日制初級中學物理教學大綱(試用)》(以下簡稱「新大綱」)中的電學、磁學部分的演示實驗變成學生實驗。例如，中國專利「電學實驗盒」(CN88206619.6)所用電流、電壓表精度太低，因為國內在本專利之前還沒有廉價的超小型的2.5級精度的中學用電流表和電壓表，而且該專利所用電錶的量程也不合理，所述電壓表量程太大(0－6V)，電流表量程又太小(0－0.5A)，不適合於用一號(即R20型、或者稱UM－1型)以下的乾電池電源做實驗，因此難於普及和推廣；中國專利「初中電、磁學綜合實驗板」(CN90217975.6)只用一隻量程為1～5V、0.5～1A的伏安表，因而不能做「伏安法測電阻」的實驗；此外，上述專利均不能做靜電實驗，也不能做電磁感應等實驗。
本實用新型的目的是把「新大鋼」中要求必做的電學、磁學部分的演示實驗變成學生實驗，電源只須用二節乾電池，實驗場所不受限制，這樣大量地增加了學生動手的機會，有利於大面積地提高學生的實驗能力，提高初中物理教學質量，這正是以前的同類產品所達不到的。
結合說明書附圖，可以更好地理解本實用新型，附圖中
圖1為本實用新型初中電學實驗盒的結構示意圖；圖2為本實用新型初中電學實驗盒的盒蓋；圖3為本實用新型初中電學實驗盒去掉其中的各組成元件後盒體的俯視圖；圖4為本實用新型初中電學實驗盒去掉其中的各組成元件後盒體從前方(A－A剖面)剖開後的剖視圖；圖5是一個超小型直流電壓表2；圖6是一個超小型直流電流表3；圖7是初中電學實驗盒中的直流電機的結構示意圖；圖8－25為用本實用新型所提供的初中電學實驗盒可以完成的初中電學實驗的電路示意圖。
本實用新型的初中電學實驗盒的結構示意圖見
圖1所示。
圖1中的1為底盒，材料為塑料，它的長和寬比16開物理課本還小，底盒有五個隔離室。
圖1中的2為超小型直流電壓表，放在一個隔離室內；3為超小型直流電流表，放在另一個隔離室內；
圖1中的4和5分別為小型驗電器和小磁針，同放在一個隔離室內；長方形大隔離室內壁側向插有10個分別固定在小底座上的電學器件，
圖1中的6為電機模型，7為電磁繼電器，8為滑動變阻器，9為帶座的2個小燈泡，10為2個固定電阻，11為3個單刀開關；第5個隔離室本身是一個電池盒13，使用時可裝入2節R20型乾電池，為了避免電池洩漏，不做實驗時裡面不裝電池，而是放置本實驗盒的其他元件，其中，12為繞線板，14為鐵粉盒，15為絲綢，16為毛皮，17為螺線管，18為鐵芯，19為小線圈，20為帶插頭導線(9根)，21為蹄形磁鐵，22為條形磁鐵，23為玻璃棒，24為掛線板，25為膠棒，26為直導線。
圖2中的27是本實用新型的盒蓋，用塑料製成。其特徵是盒蓋中間有等距離的插孔10～60個，可插入帶電學元件的小底座，實驗時作為線路實驗板用，實驗盒盒蓋利用了塑料的彈性，可以比較緊地套扣在盒底上。
圖3、圖4是本實用新型的底盒的二個視圖，其特徵是有五個隔離室，長方形大隔離室的長邊框內側有槽形插口，可側向插入帶電學器件的小底座，從而起到定位作用；另有一個隔離室的兩端邊框內互相錯位地鑲嵌有彈簧片和錐狀盤形彈簧的電極，隔離室中線兩側分別有幾根柱狀凸起，成為一個電池盒，可使兩節一號電池定位。
圖5、圖6分別示出了超小型直流電壓表2和直流電流表3的示意圖。兩種電錶的精度均為2.5級，外形尺寸約為80mm×60mm×30mm，為磁電系電錶。圖5的直流電壓有「－」、「1.5V」、「3V」和作為靈敏電流計使用的插孔或接線柱4個；圖6的直流電流表有「－」、「500mA」、「1000mA」插孔或接線柱3個。利用本實用新型的這兩塊電錶和盒內有關的元件，可以定量完成「伏安法」測電阻的實驗以及「新大綱」中規定的其它定量實驗。若把本實用新型的直流電壓表的靈敏電流計插孔和「－」插孔用帶插頭的導線與電機模型兩端連接起來，用手捻模型電機的轉軸，使轉子線圈迅速旋轉，可觀察到電錶指針發生偏轉，從而讓學生自己學習研究電磁感應現象。電壓表2和電流表3定位裝於實驗盒中為其設置的隔離室中。
圖7是本實用新型的電機模型的結構示意圖，其中28為通用件小底座，29為插孔，30為透明電機外殼，31為定位圈，32為電刷，33為整流環，34為小絕緣套，35為磁環(2個)，36為層疊鐵芯，37為定位套，38為線圈，39為絕緣套，40為轉軸，41為螺釘，42為螺母。一般的市售微型電機為三極轉子結構，本實用新型的電機模型採用二極轉子結構，定子為兩塊半環形永磁體，外殼為透明塑料，內部結構一目了然，原理簡單易懂，可用來做直流電動機、電磁感應、發電機等實驗。
本實用新型的電磁繼電器7隻有一對常開觸點和一對常閉觸點，外殼透明，內部結構清晰可見，實驗中可觀察觸頭的開閉動作。
採用本實用新型的初中電學實驗盒，學生可以在課堂上或課外任何地方做實驗，由於不用交流電源，可以在城市、農村普遍推廣，可完成的「新大綱」的實驗題目有1.電荷間的相互作用；2.電路的組成；3.導體、絕緣體；4.串聯電路與並聯電路；5.電流表的使用；6.電壓表的使用；7.電阻定律；8.滑動變阻器的構造與使用；9.歐姆定律；10.用電壓表和電流表測電阻；11.電阻的串聯和並聯；12.測定小燈泡的電功率；13.磁體和磁極；14.磁場和磁感線；15.電流的磁場；16.電磁鐵的作用；17.電磁繼電器；18.磁場對電流的作用；19.直流電動機；20.電磁感應；21.發電機。
現分述如下實驗一、電荷間的相互作用器材驗電器4、毛皮16、絲綢15、膠棒25、玻璃棒23內容用與毛皮摩擦過的膠棒接觸驗電器頂端，觀察箔片是否張開，然後用與絲綢摩擦過的玻璃棒接觸驗電器上端，觀察張角變化。用手握一次驗電器上端，觀察張角變化。重新用與絲綢摩擦過的玻璃棒接觸驗電器上端，觀察箔片張角變化。
實驗二、電路的組成器材電池盒13、小燈泡9、開關11、導線20內容按圖8連好電路，觀察斷開與閉合開關時，小燈泡的發光情況。
實驗三、導體、絕緣體器材電池盒13、小燈泡9、開關11、導線20內容按圖9連好電路，分別用橡皮、塑料尺、硬幣等連接電路斷開處，使電路成閉合電路，觀察小燈泡的發光情況。
實驗四、串聯電路與並聯電路器材電池盒13、小燈泡9、開關11、導線20內容1、串聯電路按
圖10連好電路，斷開與閉合開關，觀察兩隻小燈泡的發光情況。
內容2、並聯電路按
圖11連好電路，分別打開與閉合開關S1、S2、S3時，觀察兩隻小燈泡的發光情況。
實驗五、電流表的使用器材電池盒13、電流表3、開關11、導線20、小燈泡9內容認清電流表的正、負接線端及量程，然後按
圖12將電流表串接到電路中，迅速閉合開關，觀察指針偏轉是否在量程內，並學會讀數。
實驗六、電壓表的使用器材電池盒13、電壓表2、開關11、小燈泡9、導線20內容1、測乾電池的電壓認清電壓表的正、負接線端及量程，然後按
圖13連好電路，迅速閉合開關，記錄電壓表的讀數。
內容2、串聯電路中的電壓關係分別用
圖14、15及
圖16的電路測出小燈泡L1、L2兩端的電壓U1、U2及兩隻小燈泡串聯後的總電壓U，比較關係。
內容3、並聯電路中的電壓關係。
分別按
圖17和
圖18的電路測出小燈泡L1和L2的電壓，比較其數值。
實驗七、電阻定律器材電池盒13、電流表3、開關11、導線20及鎳鉻合金絲、鋼絲內容按
圖19連好電路1.取相同長度，不同截面積的鎳鉻合金絲，分別讀取電流值。
2.取相同截面積，不同長度的鎳鉻合金絲，分別讀取電流值。
3.取相同長度、相同截面積的鎳鉻合金絲與鋼絲，分別讀取電流值。
4.把細鋼絲繞成線圈，並加熱，觀察電流表讀數的變化。
實驗八、滑動變阻器的構造與使用器材電池盒13、滑動變阻器8、小燈泡9、開關11、導線20
內容理解滑動變阻器的結構及接線端的作用，按圖20連好電路，閉合開關11，移動滑片，觀察小燈泡亮度的變化，判斷電阻大小的變化。
實驗九、歐姆定律器材電池盒13、電壓表2、電流表3、滑動變阻器8、固定電阻10、開關11、導線20內容1、電流跟電壓的關係按圖21連好電路，移動滑動變阻器的滑片，每次移動後，記錄固定電阻上的電壓和流過它的電流值，分析其規律。
內容2、電流跟電阻的關係仍按圖21的電路，調換不同阻值的電阻，移動滑片，保持電阻器上的電壓值相同，分析電流跟電阻值的關係。
實驗十、用電壓表和電流表測電阻器材電池盒13、電壓表2、電流表3、滑動變阻器8、固定電阻10、開關11、導線20內容按圖21連好電路，移動滑片，讀取幾組電壓和電流值，根據歐姆定律R＝U／I，求得電阻值，並求電阻平均值。
實驗十一、電阻的串聯與並聯器材電池盒13、電壓表2、電流表3、滑動變阻器8、固定電阻10、開關11、導線20內容1、電阻串聯用實驗十的方法測得兩隻電阻的阻值，再按圖22電路測得兩隻電阻串接後電阻值，比較其間有什麼關係。
內容2、電阻並聯仍用上面兩隻電阻，按圖23電路，測得兩隻電阻並聯後的電阻值，比較其間有什麼關係。
實驗十二、測定小燈泡的電功率器材電池盒13、電壓表2、電流表3、滑動變阻器8、小燈泡9、開關11、導線20內容按圖24連好電路，閉合開關11，調節滑動變阻器，使小燈泡的工作電壓分別略高於、等於和低於小燈泡的額定電壓、觀察小燈泡的發光情況，並記錄電壓U和電流I，根據公式P＝UI，分別計算三種情況下，小燈泡的功率。
實驗十三、磁體和磁極器材條形磁體22、蹄形磁體21、小磁針5、鐵芯18內容1.將小磁針分別置於條形、蹄形磁體的兩極附近，觀察小磁針的偏轉情況。
2.分別將兩塊磁體的N、N磁極，N、S磁極，S、S磁極靠近，看看是相吸還是相斥。
3.將鐵芯或其它鐵質器材靠近磁體的N或S極，觀察有什麼現象。
4.將鐵芯等沒有磁性的物體多次靠近磁體的某一磁極，看看鐵芯是否有了磁性。
實驗十四、磁場和磁感線器材條形磁體22、蹄形磁體21、鐵粉盒14內容將條形磁體放在鐵粉盒上，輕敲鐵粉盒，觀察鐵粉分布有什麼規律。換用蹄形磁體，重做一次。
實驗十五、電流的磁場器材電池盒13、小磁針5、直導線26、螺線管17、開關11、掛線板24內容1.用掛線板將直導線平行地懸掛在小磁針一針尖附近上方，導線通電後，觀察小磁針偏轉情況，改變電流方向，重做一次，研究有什麼規律。
2.將小磁針置於螺線管一端，螺線管通電後，觀察小磁針的偏轉，改變電流方向，重做一次。
實驗十六、電磁鐵的作用器材螺線管17、鐵芯18、電池盒13、小磁針5、開關11、滑動變阻器8、大頭針(或廢鐵片)內容鐵芯插入螺線管中通電後即成為電磁鐵，觀察電磁鐵吸引的大頭針的數量與電源通斷、電流大小的關係。
實驗十七、電磁繼電器器材電磁繼電器7、電池盒13、開關11、小燈泡9、滑動變阻器8、導線20內容觀察分析電磁繼電器的結構。電磁繼電器的線圈、開關、滑動變阻器和電池盒13構成控制電路，兩隻燈泡分別用導線與常閉觸點、常開觸點、電池盒13連接，觀察控制電路通斷時電磁繼電器的工作情況。
實驗十八、磁場對電流的作用器材電池盒13、蹄形磁體21、開關11、直導線26、小線圈19
內容1.按圖25安排好實驗器材，合上開關，觀察直導線的運動情況，改變電流方向，重做一次。
2.將直導線換為小線圈，觀察小線圈的偏轉情況。
實驗十九、直流電動機器材電機模型6、電池盒13、開關11、導線20內容認真觀察與分析直流電機各部分的結構與作用，電機通入電流，觀察電機轉動。改變電流方向，看轉動方向是否改變。
實驗二十、電磁感應器材電機模型6、電壓表2內容將電機模型與電壓表的靈敏電流計檔串聯起來，用手捻電機轉軸，使轉子迅速旋轉，觀察電錶指針偏轉情況。再分析轉子是一組有鐵芯的線圈，上述電流的產生是線圈在磁場中運動的結果，這就是電磁感應現象。另外，當線圈在中性面位置時，稍轉動線圈，看不到電錶指針偏轉。
實驗二十一、發電機器材電機模型6、電壓表2內容實驗方法與實驗二十相同，只是現在觀察和分析的重點不同。觀察分析電機的結構，除了有轉子線圈和定子磁場外，還可以看到換向器，分析換向器的作用，沒有換向器時電錶指針將怎樣偏轉。
採用本實用新型所述的初中電學實驗盒，可以完成初中物理教學大綱所規定的所用學生實驗，效果良好。
權利要求1.一種初中電學實驗盒，它是由帶隔離室的盒底(1)、多孔盒蓋(27)、特別結構的2.5級小型直流電壓表(2)和直流電流表(3)、固定在小底座上的電機模型(6)、電磁繼電器(7)、滑動變阻器(8)、小燈泡(9)(2個)、固定電阻(10)(2個)、單刀開關(11)(3個)、驗電器(4)、小磁針(5)、繞線板(12)、鐵粉盒(14)、絲綢(15)、毛皮(16)、螺線管(17)、鐵芯(18)、小線圈(19)、多根帶插頭導線(20)、蹄形磁鐵(21)、條形磁鐵(22)、玻璃棒(23)、掛線板(24)、膠棒(25)、直導線(26)等組成，其特徵在於盒底有幾個大小不等的隔離室，其中長方形大隔離室的長邊內側有槽形插口，可側向插入帶電學元器件的小底座，另有一個隔離室的兩端互相錯位地鑲嵌有彈簧片和錐形盤形彈簧的電極，成為一個電池盒(13)，實驗盒的盒蓋上有等距離插孔10～60個。
2.根據權利要求1所述的初中電學實驗盒，其特徵在於盒內的小型直流電壓表有「－」、「1.5V」、「3V」和靈敏電流計插孔或接線柱4個，小型直流電流表(3)有「－」、「500mA」、「1000mA」插孔或接線柱3個，兩種電錶的精度均為2.5級，外形尺寸約為80mm×60mm×30mm。
3.根據權利要求1所述的初中電學實驗盒，其特徵在於電機模型的轉子為二極式，外殼為透明材料。
4.根據權利要求1所述的初中電學實驗盒，其特徵在於電磁繼電器的外殼透明內部結構清晰可見。
專利摘要一種初中電學實驗盒，由帶隔離室的盒底、多孔盒蓋及特別結構的小型直流電壓表、電流表、電機模型、電磁繼電器和導線等構成。各組成部件分別位於為其設置的隔離室中，能夠完成初中物理教學大綱中所規定的二十餘個電學、磁學實驗，體積小，便於攜帶。
文檔編號G09B23/00GK2179992SQ9420017
公開日1994年10月19日 申請日期1994年1月12日 優先權日1994年1月12日
發明者金毅, 曹明發, 瞿益順, 劉德海, 沈英琪 申請人:國家教育委員會教學儀器研究所