专利名称：便携组合式单电源电学实验箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学实验装置。具体是一种将多种实验装置组合在一个 箱体中的便携组合式单电源电学实验箱。
背景技术：
在对学生进行电学教学时需作多种实验，现有的电学教学实验装置有多达近 10种，有的需用低压电源，有的需高压直流电源，只能在实验室教学演示。无
法在一般教室内给学生演示。 发明内容
本实用新型的目的是可服现有技术的上述缺点，提供一种将多种物理实验装 置组合在一个箱体中的便携组合式单电源电学实验箱。体积小，造价低，功能强。
本实用新型的技术方案如下 一种便携组合式单电源电学实验箱，包括箱体， 在箱体内装有用于教学实验的小型静电场描绘装置、小型静电除尘实验装置、小 型鸟笼演示静电屏蔽实验装置小型、小型静电滚筒实验装置、小型静电摆球实验
装置、小型静电植绒实验装置、小型平行板电容器场强分布实验装置、小型避雷 针放电及尖端放电实验装置、小型声光控制演示装置和向上述各实验装置提供电 源的高、低压双路输出电源；
所述双路输出电源包括高频高压电源和低压直流电源两部分；高压电源，推 动放大电路,并联连接在高压电源和推动放大电路间的控制单元、震荡电路和显 示单元，与推动放大电路连接的升压倍压单元组成高频高压电源。
本实用新型的积极效果是高低压双路输出电源能输出高压和低压两种电 压，能满足各种物理实验电源的要求。各种实验装置均为小型，组合放置在一个 箱体内方便携带。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。
图l是本实用新型原理示意图； 图2是高、低压双路输出电源电原理框图-图3是静电场描绘装置示意图； 图4是静电除尘实验装置示意图4-1是静电除尘实验装置点燃蚊香的除尘示意图； 图5是鸟笼演示静电屏蔽实验装置示意图； 图6是静电滚筒实验装置示意图； 图7是静电摆球实验装置示意图； 图8是静电植绒实验装置示意图； 图9是平行板电容器场强分布实验装置示意图； 图IO是避雷针放电及尖端放电实验装置示意图；
图11是声光控制演示装置示意图。
具体实施方式
如
图1所示，便携组合式单电源电学实验箱包括箱体11，在箱体内装有用
于教学实验的静电场描绘装置2、静电除尘实验装置3、鸟笼演示静电屏蔽实验 装置4、静电滚筒实验装置5、静电摆球实验装置6、静电植绒实验装置7、平行 板电容器场强分布实验装置8、避雷针放电及尖端放电实验装置9、声光控制演 示装置IO和向上述各实验装置提供电源的高、低压双路输出电源1。
如图2所示，所述双路输出电源包括高频高压电源和低压直流电源两部分； 高压电源1-1，推动放大电路l-5，并联连接在高压电源1-1和推动放大电路1-5间 的控制单元1-2、震荡电路1-3和显示单元1-4，与推动放大电路连接的升压倍压 单元l-6组成高频高压电源。 '
其中高频高压电源各单元的功能为控制电路起调整输出电压和开关电路的 作用。震荡电路把直流变换成18-20KH的高频，由推动单元放大电路与控制电 路结合调整输出。升压、倍压单元是把推动电路输出的高频交流电升压至5000V 左右的高频高压，再由倍压整流电路升压至100KV的直流负压，由高压线输出。 本高、低压双路输出电源输出的两种电压完全能满足各种实验装置的需要。
如图3所示，静电场描绘装置2采用的是导电碳纸2-5，其上连接有电压表 2-4，在导电炭纸的两侧用导电炭纸上按装的正极接线柱2-1和负极接线柱2-3与 12V低压电源连接，在导电碳纸上还连接能移动的指针2-8和指针2-9，两连接 线柱间连接电位器2-2。
在导电炭纸的两侧加上12V的电压，并调节好电压表，不断移动两指针的 距离，会看到电压随着距离的减小而增大。由场强E-U/D可知(U:两端电压,D: 两指针之间的距离)，U与D成反比，故D越小，U越大。
如图4所示，静电除尘演示装置3包括一个塑料或玻璃制作的一侧开口的 透明的矩形底座3-4，在矩形底座3-4的顶面的中央有一圆孔，圆孔的上面固定 一与矩形底座内腔相通的玻璃管3-2，在玻璃管的外周围绕有用细金属丝缠绕成 的螺旋形正电极3-3，玻璃管的中央是一根直金属丝负电极3-1，正电极3-3与 正极接线柱3-5连接，负电极3-1与负极接线柱3-6连接。
实验方法是如图4-1所示，把点燃的蚊香放在底座3-4中，这时蚊香的 烟顺烟囱冒出，使空气造成污染，这时打开数显电源开关，烟很快就消失了，而 且烟囱管也变的更透明了。原理是高压的输入在管中形成一个指向金属丝的电场, 因为金属丝的半径很小,所以在金属丝的附近形成一个极强的电场区足以引起电 晕放电,结果使进入玻璃管的烟气形成正负离子和电子。当电子和负离子在不均 匀电场中与尘埃相碰,负离子便被吸附在尘埃上，使大部分尘埃粒子带上负电,并 在不均匀电场作用下向管壁作加速运动，积聚在带高压正电的管道内壁上。
如图5所示，鸟笼演示静电屏蔽实验装置包括一个导电金属丝编制的鸟笼 4-2，鸟笼4-2的底面是导电底板4-3，在鸟笼4-2的上端面4-1周边上系有若干 丝线或化纤软丝线4-4;鸟笼4-2装置在绝缘底座4-5上。是根据静电平衡理论， 带电导体内腔中的电场不受导体外电场的影响。若导体内腔中原来无电荷，则导 体内腔中的电场始终为零，这就是静电屏蔽。鸟笼的屏蔽作用，使人能够直观地 看出这一特性。
实验操作方法是将带丝须的金属丝笼中接线柱加上静电高压后,可以看到 笼外丝须张开，而笼内丝须不张开.说明笼内电场为零，笼的内表面电荷分布为 零，可见金属笼具有静电屏蔽作用，让人直观地观察到这一现象。
如图6所示，静电滚筒实验装置5包括一绝缘底座5-5，在绝缘底座5-5上 装设一个能绕支柱5-4转动的塑料圆筒5-3，塑料圆筒5-3的两边是对称设置的 左尖端电极5-1和右尖端电极5-2。
在此实验中，巧妙地利用尖端放电，形成"电风"使圆桶转动起来，让学 生可以直观地看到静电的作用力。刚开始滚筒需要一定的力，才可以转动，当转 动起来后，调低电压到2.24kv可以使滚筒稳定转动。
如图7所示，静电摆球实验装置6包括一绝缘底座6-5，在绝缘底座6-5上 装设有正电极板6-1和负电极板6-2，铝纸包裹的泡沫小球6-4通过绝缘支架6-3 悬挂在正电极板6-l和负电极板6-2的中间。当两极板分别带上正、负电荷时，
这时泡沫小球两边分别被感应出与邻近极板异号的电荷。泡沫小球上感应电荷又 反过来使极板上电荷分布改变，从而使两极板间电场分布发生变化。泡沫小球与 极板相距较近的这一侧空间场强较强，因而球受力较大，而另一侧与极板距离较 远，空间场强较弱，受力较小，这样泡沫小球就摆向距球近的一极板。当泡沫小 球与这极板相接触时，与上面同样的道理使球又摆回来。持续加压，泡沫小球就 在两极板间往复摆动，并发出乒乓声。关闭电源后，则导体泡沫小球会因惯性， 在一段时间内做微小摆动，最后停止在平衡位置。将金属球调节在两极板中间， 因泡沫小球两边电场力几乎相等，故球不动。
如图8所示，静电植绒实验装置7包括绝缘底座7-5，在绝缘底座7-5上装 置一个圆筒7-6，圆筒7-6的筒壁用绝缘材料制作，筒底7-3和筒盖7-4为导电体， 在筒盖7-4和筒底7-3的中心各接有正极接线座7-2和负极接线座7-l。原理静 电植绒装置是利用电荷同性相斥异性相吸的物理特性，将绒毛放在带负电荷的容 器中，使绒毛带上负电荷，把需要植绒的物体放在零电位或接地的条件下，移动 容器靠近被植绒物体使带负电荷容器与被植物体之间形成一个高压电场，绒毛在 容器内带的是负电荷，受到异电位被植物体的吸引，成垂直状加速飞到需要植绒 的物体表面上，由于被植物体涂有胶粘剂，绒毛就被垂直粘植在被植物体上。
如图9所示，平行板电容器场强分布实验装置8包括绝缘底座8-6，在绝缘 底座上竖立有两块相平行的金属电极板8-4和8-5，在金属电极板8-4上有连接 电源正极的正接线柱8-1,在金属电极板8-4的四周固定有细丝线8-3，在金属电 极板8-5上有连接电源负极的负接线柱8-2。
原理是两块相互平行的导体板通以直流高压电源，在两板间会形成相互 平行的电场，但是用肉眼却无法观察到。所以本仪器在其中一块板上固定一些细 线，当平行板之间的电压达到一定值时，板间的细线呈平行状。
如
图10所示，避雷针尖端放电实验装置9包括一绝缘底座9-5，在绝缘底 座9-5上固定有两个竖立的尖端放电针9-1和9-6，还有两个用于对比观察的竖 立的放电球9-3和9-7;在绝缘底座9-5上还有两个电源接线柱9-2和9-4。
接通高压电源后，两个金属尖端竿带电。当极板间电压超过3千伏时，由 于导体尖端处电荷密度很大，在金属尖端附近就形成了强电场，在强电场的作用 下，空气分子被电离，致使金属尖端之间处于连续的电晕放电状态，即尖端放电 现象。而金属球之间的电场却不能达到火花放电的数值，故金属球不放电。在实
际应用中，尖端导体与大地相连接，云层中的电荷通过导体与大地中和，因而避
免了人身和物体遭到雷电等静电的伤害。如高层建筑物顶端都安有高于屋顶物体 的金属避雷针。
如
图11所示，光电控制演示装置采用单片机LM324、 一个红外发光管和 一个红外接收管。当红外对管接收到红外反射信号的时候，会产生一个高电平， IO引脚接单片机，通过单片机点亮发光二极管。本电路为常规技术，故不详述。
权利要求1、一种便携组合式单电源电学实验箱，包括箱体(11)，在箱体内装有用于教学实验的静电场描绘装置(2)、静电除尘实验装置(3)、鸟笼演示静电屏蔽实验装置(4)、静电滚筒实验装置(5)、静电摆球实验装置(6)、静电植绒实验装置(7)、平行板电容器场强分布实验装置(8)、避雷针尖端放电实验装置(9)、声光控制演示装置(10)和向上述各实验装置提供电源的高、低压双路输出电源(1)；所述双路输出电源(1)包括高频高压电源和低压直流电源两部分；高压电源(1-1)，推动放大电路(1-5)，并联连接在高压电源(1-1)和推动放大电路(1-5)间的控制单元(1-2)、震荡电路(1-3)和显示单元(1-4)，与推动放大电路连接的升压倍压单元(1-6)组成高频高压电源。
2、 根据权利要求1所述的便携组合式单电源电学实验箱，其特征是静电场 描绘装置(2)包括导电碳纸(2-5)，电流表(2-4)，在导电炭纸的两侧用导电 炭纸上按装的正极接线柱(2-1)和负极接线柱(1-3)与12V低压电源连接，在 导电碳纸上还连接能移动的指针(2-8)和指针(2-9)，两接线柱间连接有电位 器(2-2)。
3、 根据权利要求1所述的便携组合式单电源电学实验箱，其特征是静电除 尘演示装置(3)包括一个塑料或玻璃制作的一侧开口的透明的矩形底座G-4)， 在矩形底座(3-4)的顶面的中央有一圆孔，圆孔的上面固定一与矩形底座内腔 相通的玻璃管(3-2)，在玻璃管的外周围绕有用细金属丝缠绕成的螺旋形正电极(3-3)，玻璃管的中央是一根直金属丝负电极(3-1)，正电极(3-3)与正极接 线柱(3-5)连接，负电极(3-1)与负极接线柱(3-6)连接。
4、 根据权利要求1所述的便携组合式单电源电学实验箱，其特征是鸟笼演 示静电屏蔽实验装置(4)包括一个导电金属丝编制的鸟笼(4-2)，鸟笼(4-2) 的底面是导电底板(4-3)，在鸟笼(4-2)的上部周边上系有若干丝或化纤软丝 线(4-4);鸟笼(4-2)装置在绝缘底座(4-5)上。
5、 根据权利要求1所述的便携组合式单电源电学实验箱，其特征是静电滚 筒实验装置(5)包括一绝缘底座(5-5)，在绝缘底座(5-5)上装设一个能绕支 柱(5-4)转动的塑料圆筒(5-3)，塑料圆筒(5-3)的两边是对称设置的左尖端 电极(5-1)和右尖端电极(5-2)。
6、 根据权利要求1所述的便携组合式单电源电学实验箱，其特征是静电摆 球实验装置(6)包括一绝缘底座(6-5)，在绝缘底座(6-5)上装设有正电极板(6-1)和负电极板(6-2)，铝纸包裹的泡沫小球(6-4)通过绝缘支架(6-3)悬 挂在正电极板(6-1)和负电极板(6-2)的中间。
7、 根据权利要求1所述的便携组合式单电源电学实验箱，其特征是静电植 絨实验装置(7)包括绝缘底座(7-5)，在绝缘底座(7-5)上装置一个圆筒(7-6)， 圆筒(7-6)的筒壁用绝缘材料制作，筒底(7-3)和筒盖(7-4)为导电体，在筒 盖(7_4)和筒底(7-3)的中心各接有正极接线座(7-2)和负极接线座(7-1)。
8、 根据权利要求1所述的便携组合式单电源电学实验箱，其特征是平行板 电容器场强分布实验装置(8)包括绝缘底座(8-6)，在绝缘底座上竖立有两块 相平行的金属电极板(8-4)和(8-5)，在金属电极板(8-4)上有连接电源正极 的正接线柱(8-1)，在金属电极板(8-4)的四周固定有细丝线(8-3)，在金属电 极板(8-5)上有连接电源负极的负接线柱(8-2)。
9、 根据权利要求1所述的便携组合式单电源电学实验箱，其特征是避雷针 尖端放电实验装置(9)包括一绝缘底座(9-5)，在绝缘底座(9-5)上固定有两 个竖立的尖端放电针(9-1)和(9-6)，还有两个用于对比观察的竖立的放电球(9-3)和(9-7);在绝缘底座(9-5)上还有两个电源接线柱(9-2)和(9-4)。
专利摘要本实用新型公开了一种将多种实验装置组合在一个箱体中的便携组合式单电源电学实验箱。属物理教学实验装置。包括箱体，在箱体内装有用于教学实验的小型静电场描绘装置、静电除尘实验装置、鸟笼演示静电屏蔽实验装置、静电滚筒实验装置、静电摆球实验装置、型静电植绒实验装置、平行板电容器场强分布实验装置、避雷针尖端放电实验装置、声光控制演示装置和向上述各实验装置提供电源的高、低压双路输出电源；优点是高低压双路输出电源能输出高压和低压两种电压，能满足各种物理实验电源的要求。各种实验装置均为小型，组合放置在一个箱体内方便携带。
文档编号G09B23/18GK201203973SQ200820038240
公开日2009年3月4日 申请日期2008年6月14日 优先权日2008年6月14日
发明者于冬虎, 刘红玲, 尹成良, 伐 张, 曹建春, 滕道祥, 王克权 申请人:徐州工程学院