溫度數顯型焦耳定律演示器的製作方法
2023-10-25 13:03:27 1
專利名稱：溫度數顯型焦耳定律演示器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學儀器，特別是一種溫度數顯型焦耳定律演示器。
背景技術：
在新編義務教育物理課程標準(2012年2月頒布)中提出「通過實驗，探究並了解焦耳定律」，焦耳定律實驗裝置是保障實驗成功的關鍵。現有教學演示使用電阻絲通電加熱煤油，通過水銀溫度計測量溫度，來探究焦耳定律，佔用時間太長，不適於中學課堂教學；後來用電阻絲通電加熱密閉容器內的空氣，空氣受熱體積膨脹，推動U形管內的液柱升高，t匕較受熱膨脹大小，來探究焦耳定律，這種實驗儀器佔用時間短，有助於課堂教學實驗，但是，比較受熱膨脹大小是一種間接定性實驗，沒有直接感受溫度，具有誤差大、可見度小、靈敏度低且不太直觀的缺陷。
實用新型內容本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種精確度高、可見度大、靈敏度高、直觀性強的溫度數顯型焦耳定律演示器。為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案溫度數顯型焦耳定律演示器，包括底座和垂直設在底座上的背板，背板上設有兩組電阻器系統以及與電阻器系統配套的溫度採集顯示系統；所述每組電阻器系統均包括由透明材料製成的容器體、設在容器體頂部並與容器體密封連接的蓋體以及設在容器體內的第一電阻，蓋體上設有與第一電阻連接的兩個第一接線柱；所述溫度採集顯示系統包括溫度傳感器、微處理器和溫度數顯屏，溫度傳感器設在容器體內並與微處理器的信號輸入端連接，溫度數顯屏設在背板上部並與微處理器的信號輸出端連接；所述背板上設有兩個第二接線柱，兩個第二接線柱之間連接有第二電阻。採用上述技術方案，使用電源、開關、導線、電流表與第一接線柱連接形成閉合迴路，第一電阻發熱，容器體內溫度升高，溫度傳感器將採集到的溫度信號傳輸給微處理器，微處理器將溫度信號轉化為數位訊號通過溫度數顯屏顯示出第一電阻發出的熱量Q。電流表測試出的電流I為定值，第一電阻的阻值也知道，隔一段時間t秒記錄一次Q的大小，根據這些數值，可以計算出熱量Q=I2 Rt,從而演示與探究出焦耳定律，可以比較通電導體放出的熱量與電流強度、電阻和通電時間有關(Q=I2Rt)的所有演示實驗。並更換不同的電源，即改變電流I的大小再測試。在演示時，也可以將第二電阻與其中一組電阻器系統的第一電阻串聯或並聯進行試驗，測試出來一組數值。另一組電阻器系統的第一電阻也對應測試出一組數值，將這兩組數值進行比較，從而讓學生更深刻地體會焦耳定律的內涵。本實用新型具有可見度大，靈敏度高、直觀性強，不僅可以用於教學演示，也可以用於學生進行分組實驗，探究觀察電流通過導體產生的熱量與電阻的關係、探究觀察電流通過導體產生的熱量與電流強度的關係、探究觀察電流通過導體產生的熱量與通電時間的關係；由於採用了傳感器技術測量溫度，節省了實驗時間，提高了精確度，增強了實驗效果。
圖I是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型的溫度數顯型焦耳定律演示器，包括底座I和垂直設在底座I上的背板2，背板2上設有兩組的電阻器系統以及與每一組電阻器系統配套的兩組溫度米集顯不系統；每組電阻器系統均包括由透明材料製成的容器體3、設在容器體3頂部並與容器 體3密封連接的蓋體4以及設在容器體3內的第一電阻5，蓋體4上設有與第一電阻5連接的兩個第一接線柱6。每組溫度採集顯示系統均包括溫度傳感器7、微處理器8和溫度數顯屏9，溫度傳感器7設在容器體3內並與微處理器8的信號輸入端連接，溫度數顯屏9設在背板2上部並與微處理器8的信號輸出端連接；背板2上設有兩個第二接線柱10，兩個第二接線柱10之間連接有第二電阻11。(I)、容器體3和蓋體4形成的密閉容器用透明材料製造，可以觀察內部封裝的第一電阻5和溫度傳感器7。(2)、分別封裝在兩個容器體3內的第一電阻5 (阻值分別是10Ω、5Ω)應是繞線電阻器或電阻絲，焊接在接線柱下端，固定在蓋體4上。(3)、封裝在容器體3內的溫度傳感器7為直熱式負溫度係數熱敏電阻器，在溫度為15°C 35°C範圍內，熱敏電阻的阻值隨溫度變化應有單向明顯變化。熱敏電阻器的引線端固定在蓋體4上並與微處理器8連接。(4)、微處理器8 (CPU)工作電壓為DC 6V，最大工作電流不大於50mA，應能處理溫度傳感器7採集的信息，並將其轉換成溫度變化顯示，顯示解析度為O. 1°C，顯示的誤差不大於±1°C。(5)、溫度數顯屏9採用三位數字半導體數碼管，每位數字尺寸不小於20mmX 28mm。(6)、兩個密閉容器各自獨立工作，通電時間不同、電流大小不同，所產生的熱量(溫度升高)也不同。在進行演示或實驗時，使用電源、開關、導線、電流表與兩個第一接線柱6連接形成閉合迴路，第一電阻5發熱，容器體3內溫度升高，溫度傳感器7將採集到的溫度信號傳輸給微處理器8，微處理器8將溫度信號轉化為數位訊號通過溫度數顯屏9顯示出第一電阻5發出的熱量Q。電流表測試出的電流I為定值，第一電阻5的阻值也知道，隔一段時間t秒記錄一次Q的大小，根據這些數值，可以計算出熱量Q=I2 Rt，從而演示與探究出焦耳定律，可以比較通電導體放出的熱量與電流強度、電阻和通電時間有關(Q=I2Rt)的所有演示實驗。並更換不同的電源，即改變電流I的大小再測試。[0023]在演示時，也可以使用導線將第一接線柱6和第二接線柱10串聯或並聯，即第二電阻11與其中一組電阻器系統的第一電阻5串聯或並聯進行試驗，測試出來一組數值。另一個組電阻器系統的第一電阻11也對應測試出一 組數值，將這兩組數值進行比較，從而讓學生更深刻地體會焦耳定律的內涵。
權利要求1.溫度數顯型焦耳定律演示器，其特徵在於包括底座和垂直設在底座上的背板，背板上設有兩組電阻器系統以及與電阻器系統配套的溫度採集顯示系統； 所述每組電阻器系統均包括由透明材料製成的容器體、設在容器體頂部並與容器體密封連接的蓋體以及設在容器體內的第一電阻，蓋體上設有與第一電阻連接的兩個第一接線柱； 所述溫度採集顯示系統包括溫度傳感器、微處理器和溫度數顯屏，溫度傳感器設在容器體內並與微處理器的信號輸入端連接，溫度數顯屏設在背板上部並與微處理器的信號輸出端連接； 所述背板上設有兩個第二接線柱，兩個第二接線柱之間連接有第二電阻。
專利摘要溫度數顯型焦耳定律演示器，包括底座和垂直設在底座上的背板，背板上設有兩組電阻器系統以及與電阻器系統配套的溫度採集顯示系統；所述背板上設有兩個第二接線柱，兩個第二接線柱之間連接有第二電阻。本實用新型具有可見度大，靈敏度高、直觀性強，不僅可以用於教學演示，也可以用於學生進行分組實驗，探究觀察電流通過導體產生的熱量與電阻的關係、探究觀察電流通過導體產生的熱量與電流強度的關係、探究觀察電流通過導體產生的熱量與通電時間的關係；由於採用了傳感器技術測量溫度，節省了實驗時間，提高了精確度，增強了實驗效果。
文檔編號G09B23/18GK202662201SQ20122034586
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月17日 優先權日2012年7月17日
發明者翁華先, 高福欣, 王僑輝 申請人:鄭州利生科教設備有限公司