电动机功能关系能量分配演示仪的制作方法

本发明涉及一种物理教具，具体涉及一种电动机功能关系能量分配演示仪。

背景技术：

目前，在高中物理实验教学过程中，讲到电功与电热的关系时，就要讲到电动机和电解槽，在讲解输入功率、机械功率、热功率三者之间的关系时，要讲到电动机、电解槽的能量分配，传统的方法就是直接理论描述，缺少一种电动机、电解槽功能关系能量分配演示仪，使这部分知识的传授缺乏生动性和趣味性。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种电动机功能关系能量分配演示仪，用于讲解高中物理电动机中电功与电热的关系，可使这部分知识的传授充满趣味性和讲解的生动性。

一种电动机功能关系能量分配演示仪，包括底座、电源、正负接线柱、电动机、电阻器、电压表A、电压表B、电压表C、电流表A、电压传感器A、电压传感器B、LED灯带A、LED灯带B、LED灯带C、LED灯带D、LED灯带E、LED灯带F、电控板；所述底座上安装了电源和正负接线柱，它们通过导线相连接，所述底座上还安装了电动机，电阻器，且它们采用串联连接；所述电压表A并联于正负接线柱之间，所述电流表A串联在整个电路中，所述电压表B与电动机并联，所述电压表C与电阻器并联，所述电动机还通过导线连接电压传感器A，所述电阻器通过导线连接电压传感器B，所述电压传感器A和电压传感器B通过导线连接电控板，所述电控板通过导线连接底座下方的LED灯带及方向指示灯。

进一步地，所述底座上还安装了两条LED灯带A，其中一条连接LED灯带B及 LED灯带C，另一条连接LED灯带D及LED灯带E。

进一步地，所述底座的下方还包括能量转换方向指示灯A、方向指示灯B、方向指示灯C，在两条LED灯带D间还跨接了一条LED灯带F。

进一步地，附图的虚线框中所描述的是一个模拟电动机，它将一台内阻极小的电动机与一电阻器串联，且电源电压选用10-20V的直流电源，电动机选用额定电压6-12V的，电阻器选用5-20Ω的，以便达到更好的演示效果。

进一步地，接通电源，从电压表A、电压表B、电压表C的读数，可得出电压分配关系满足U=U₁+U₂，而从电流表A的读数I可得出输入功率P=UI，机械功率P₁=U₁I，热功率P₂=U₂I，且可验证能量守恒关系P=P₁+P₂。

进一步地，若电动机停止转动，LED灯带D、LED灯带E、方向指示灯C均熄灭，LED灯带F被点亮，此时底座的下方只显示电功W等于电热Q₂。

进一步地，若电动机正常运转，此时底座的下方显示如下现象，除LED灯带F熄灭外，其它LED灯带均被点亮，同时，能量方向指示灯的指向箭头也被点亮，此时底座的下方显示电功W等于机械能W₁与电热Q₂之和。

进一步地，底座下方的LED灯带通过电控板可实现LED灯带的显示效果是向右侧循环流水。

本发明的有益效果在于，在讲解电动机电功与电热的关系时，可演示电动机输入功率、机械功率、热功率三者之间的关系，且可同步通过下方的能量分配关系图显示出来；可演示电动机能量分配的两种情况：（1）电功W等于机械能W₁与电热Q₂之和；（2）电功W等于电热Q₂；使得这部分知识的讲解更生动，充满趣味性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为本发明的电路原理方框图，

图中：1-底座，2-电源，3-正负接线柱，4-电动机，5-电阻器，6-电压表A，7-电压表B，8-电压表C，9-电流表A，10-电压传感器A，11-电压传感器B，12- LED灯带A，13-方向指示灯A，14- LED灯带B，15- LED灯带C，16-方向指示灯B，17- LED灯带D，18-LED灯带E，19-方向指示灯C，20- LED灯带F，21-电控板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，一种电动机功能关系能量分配演示仪，包括底座1，电源2，正负接线柱3，电动机4，电阻器5，电压表A6，电压表B7，电压表C8，电流表A9，电压传感器A10，电压传感器B11，LED灯带A12，方向指示灯A13，LED灯带B14，LED灯带C15，方向指示灯B16，LED灯带D17，LED灯带E18 ，方向指示灯C19，LED灯带F20，电控板21；所述底座1上安装了电源2和正负接线柱3，它们通过导线相连接，所述底座1上还安装了电动机4，电阻器5，所述电压表A6并联于正负接线柱3之间，所述电流表A9串联在整个电路中，所述电压表B7与电动机4并联，所述电压表C8与电阻器5并联，所述电动机4还通过导线连接电压传感器A10，所述电阻器5通过导线连接电压传感器B11，电压传感器A10和电压传感器B11通过导线连接电控板21，所述电控板21通过导线连接底座1下方的LED灯带及方向指示灯。

所述底座1上还安装了两条LED灯带A12，其中一条连接LED灯带B14及 LED灯带C15，另一条连接LED灯带D17及LED灯带E18。

所述底座1下方还包括能量转换方向指示灯A13、方向指示灯B16、方向指示灯C19，在两条LED灯带D17间还跨接了一条LED灯带F20。

附图的虚线框中所描述的是一个模拟电动机，它将一台内阻极小的电动机4与一电阻器5串联，且电源2电压采用10-20V的直流电源，电动机4选用额定电压6-12V的，电阻器5采用5-20Ω的，以便达到更好的演示效果。

接通电源2，从电压表A6、电压表B7、电压表C8的读数，可得出电压分配关系满足U=U₁+U₂，而从电流表A9的读数I可得出输入功率P=UI，机械功率P₁=U₁I，热功率P₂=U₂I，且满足P=P₁+P₂。

底座1上一部分的电路通过电压传感器与下方的LED灯带相连，通过电控板21控制LED灯带亮灭情况的变化，具体做法是，可用手抓住电机转动的叶轮，使电机停止转动，可观察到以下现象，电流表A9读数变在大，电压表A6示数不变，电压表B7示数变小甚至为零，电压表C8示数变大，仍可验证U=U₁+U₂，P=P₁+P₂。

若电动机停止转动，LED灯带D17，LED灯带E18，方向指示灯C19均熄灭，LED灯带F20被点亮，此时底座1的下方只显示电功等于电热，即W=Q₂。

若放手让电动机正常运转，从电压表、电流表的示数，可得出U=U₁+U₂,P=P₁+P₂，此时底座1的下方显示如下现象，除LED灯带F20熄灭外，其它LED灯带均被点亮，同时，所有能量方向指示灯的箭头指向也被点亮，便于讲解W=W₁+Q₂，即电功W的一部分转化为机械能W₁，另外一部分转化为热能Q₂。

底座1下方的LED灯带连接电控板21，可实现LED灯带出现向右侧循环流水的显示效果。

本发明的有益效果在于，在讲解电动机电功与电热的关系，可演示电动机输入功率、机械功率、热功率三者之间的关系，且同步通过下方的能量分配关系图显示出来；可演示电动机能量分配的两种情况：（1）W=W₁+Q₂，（2）W=Q₂，使得这部分知识的传授充满趣味性，使讲解更生动性，学生更易接受新的知识。