一种洛伦兹力演示器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种物理教学用具；特别是涉及一种洛伦兹力演示器。
【背景技术】
[0002]荷兰物理学家洛伦兹首先提出了运动电荷产生磁显和磁显对运动电荷有作用力的观点，为纪念他，人们称这种力为洛伦兹力，即磁场对运动虫蓝的作用力。
[0003]在学校物理实验教学中，均采用洛伦兹力演示仪进行洛伦兹力现象的教学演示。教学中常用的洛伦兹力演示仪，包括一个内置控制电路的控制盒，控制盒侧表面设置有控制开关，控制盒上表面形成演示平台，还包括竖向间隔设置在演示平台上的两个励磁线圈，设置在演示平台上两个励磁线圈中间位置的洛伦兹力管；同时所述演示平台、励磁线圈和洛伦兹力管均位于一个暗箱中，暗箱前端面开门形成观察位。
[0004]现有的这种洛伦兹力演示器中，采用的洛伦兹力管又称威尔尼特电子管，是一个直径为160毫米的大玻璃泡，泡内抽成真空后充入一定压强的惰性气体。玻璃泡内装一个电子枪，电子枪和控制电路相连，当电子枪加上适当的工作电压后，便发出一束电子束。具有一定能量的电子束与惰性气体分子碰撞，使惰性气体放光，就能在电子所经过的路径上看到光迹。其采用的励磁线圈又称亥姆霍兹线圈，这是一对直径为280毫米、每只由140匝环形导线缠绕在塑料圆环上组成的环形线圈；两个励磁线圈同轴放置，间距为140毫米。两个线圈串联连接，在两个线圈轴线中点附近形成匀强磁场，且磁感应强度B与线圈的电流I成正比。
[0005]洛伦兹力的表达式为4 =qvBsin Θ，洛伦兹力f洛的大小与磁场B的强弱、电荷运动的速度V、磁场B和电荷运动速度V的夹角Θ有关；洛伦兹力的方向也同磁场和电荷的运动速度方向有关。所以当洛伦兹力管中调制的电子束在匀强磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用；只需转动洛伦兹力管，可以调整电子运动方向和磁场方向的关系，就能观察电子束形成的不同运动轨迹。在该现有仪器中，亥姆霍兹线圈提供匀强磁场，洛伦兹力管产生的电子束在勾强磁场中发生偏转。同时由于电子束碰撞惰性气体分子发出的光很微弱，为了增强观察结果，整个仪器需装在木质暗箱中，暗箱内部涂上无光黑漆。暗箱也是仪器的外机箱，整机固定在暗箱内。
[0006]所以，上述现有结构的洛伦兹力演示仪，存在以下缺陷:其一，因为有外箱的阻碍，只能在仪器的正前方附近才能观察到实验现象，实验现象可被观察的视角范围太小；其二，可见度差，由于惰性气体发光的强度弱，实验现象需在黑暗环境中才能观察，而在正常照明条件下演示时现象基本不可见；其三，洛伦兹力管是球形的，转动时，很难直观的观察到磁场与电子运动速度的夹角改变，而洛伦兹力公式中的夹角对正确认识洛伦兹力非常关键。
【实用新型内容】
[0007]针对上述现有技术的不足，本实用新型首要解决的技术问题是:如何提供一种结构简单，且能够更好地利于演示和观察洛伦兹力现象，提高教学质量的洛伦兹力演示仪。
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案:
[0009]一种洛伦兹力演示器，包括一个内置控制电路的控制盒，控制盒侧表面设置有和控制电路相连的控制开关，控制盒上表面形成演示平台，还包括竖向间隔设置在演示平台上的两个励磁线圈，设置在演示平台上两个励磁线圈中间位置的洛伦兹力管；其特征在于，所述洛伦兹力管为水平设置的长条形玻璃管，洛伦兹力管两端相对设置有能够产生放电现象的正极和负极，所述正极和负极通过电线和控制盒内的控制电路相连，所述洛伦兹力管内腔中部位置设置有一张金属板，金属板两侧表面具有荧光粉涂层，所述金属板长度方向和所述洛伦兹力管长度方向倾斜形成一定夹角。
[0010]上述技术方案中，采用长条形玻璃管代替圆球形玻璃管，并在洛伦兹力管内设置了倾斜涂抹有荧光粉的金属板，这样，当靠控制电路给洛伦兹力管两端的正极和负极赋予电压使其放电时，即有电子从负极运动至正极，运动的电子打到涂了荧光粉的金属板上，就会使荧光粉发光；故能够在倾斜设置的金属板上显示出电子路径改变的弧形。其显示亮度较亮且更加利于调控，去掉了暗箱以利于观察。故具有了结构简单，且能够更好地利于演示和观察洛伦兹力的特点。
[0011]作为优化，所述长条形玻璃管两端电极之间长度小于两个励磁线圈间距，长条形玻璃管中部位置具有向下延伸的安装部，且靠安装部可水平转动地安装在位于演示平台上的一个底座上。这样，可以方便水平旋转调节洛伦兹力管改变电子在磁场中入射角度，以从多角度更直观的显示洛伦兹力现象。
[0012]作为优化，所述长条形玻璃管内部为真空状态。这样，可以避免玻璃管内其他物质对电子运动轨迹的干扰，更好地显示洛伦兹力现象。
[0013]作为优化，所述控制开关包括一个总电源控制开关，还包括一个能够控制调节励磁线圈间的磁场强弱的励磁电流调节旋钮(及励磁电流调节显示表盘)，以及一个能够改变励磁线圈电流方向的励磁电流方向换挡开关，和一个能够调节电极两端电压的电压调节旋钮(及电压调节显示表盘)。这样，可以更加方便对励磁电流大小和方向，以及电极电压等参数的调控，以更好地显示各物理量对洛伦兹力现象的影响。
[0014]综上所述，本实用新型具有结构简单，能够更好地利于演示和观察洛伦兹力现象，提高教学质量的优点。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的一种优选实施方式的结构示意简图。
[0016]图2为具体实施时一种优选控制电路的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
[0018]具体实施时:如图1所示，一种洛伦兹力演示器，包括一个内置控制电路的控制盒1，控制盒I侧表面设置有和控制电路相连的控制开关，控制盒I上表面形成演示平台，还包括竖向间隔设置在演示平台上的两个励磁线圈2，设置在演示平台上两个励磁线圈2中间位置的洛伦兹力管；其中，所述洛伦兹力管为水平设置的长条形玻璃管3，洛伦兹力管两端相对设置有能够产生放电现象的正极4和负极5，所述正极4和负极5通过电线和控制盒I内的控制电路相连，所述洛伦兹力管内腔中部位置设置有一张金属板7，金属板7两侧表面具有荧光粉涂层，所述金属板7长度方向和所述洛伦兹力管长度方向倾斜形成一定夹角。
[0019]这样，采用长条形玻璃管代替圆球形玻璃管，并在洛伦兹力管内设置了倾斜涂抹有荧光粉的金属板，这样，当靠控制电路给洛伦兹力管两端的正极和负极赋予电压使其放电时，即有电子从负极运动至正极，运动的电子打到涂了荧光粉的金属板上，就会使荧光粉发光；故能够在倾斜设置的金属板上显示出电子路径改变的弧形。其显示亮度较亮且更加利于调控，去掉了暗箱以利于观察。故具有了结构简单，且能够更好地利于演示和观察洛伦兹力的特点。
[0020]其中，所述长条形玻璃管3两端电极之间长度小于两个励磁线圈2间距，长条形玻璃管3中部位置具有向下延伸的安装部，且靠安装部可水平转动地安装在位于演示平台上的一个底座8上。这样，可以方便水平旋转调节洛伦兹力管改变电子在磁场中入射角度，以从多角度更好的显示洛伦兹力现象。
[0021]其中，所述长条形玻璃管3内部为真空状态。这样，可以避免玻璃管内其他物质对电子运动轨迹的干扰，更好地显示洛伦兹力现象。
[0022]其中，所述控制开关包括一个总电源控制开关9，还包括一个能够控制调节励磁线圈间的磁场强弱的励磁电流调节旋钮10 (及励磁电流调节显示表盘11)，以及一个能够改变励磁线圈电流方向的励磁电流方向换挡开关12，和一个能够调节电极两端电压的电压调节旋钮13 (及电压调节显示表盘14)。这样，可以更加方便对励磁电流大小和方向，以及电极电压等参数的调控，以更好地显示各物理量对洛伦兹力现象的影响。
[0023]具体实施时，所述长条形玻璃管整体呈中部为圆筒形管，两端为小直径端向外的圆锥形管的形状，金属板设置于圆筒形管内，这样，更加利于金属板的设置。
[0024]具体实施时，所述控制电路可以采用现有常规电气领域的控制电路，或者优选采用图2所示的控制电路结构。如图2所示，该控制电路结构及原理为:电路①部分为直流稳压电路，将220伏的交流电转化为输出电压为6V的直流稳压电源；电路②部分的作用是，振荡电路的三极管BG发射极上串联变压器初级线圈L1，在三极管BG基极顺序串联电阻R、可调电阻W(对应图1中的电压调节旋钮)、发光二极管LED及初级线圈L2至直流低压电源正极，变压器次极线圈LjJ出端连接倍压整流器输入端，该倍压整流器输出端分别连接阴极射线管的阴、阳两极。电源开关闭合后，阴极射线管即可工作。
【主权项】
1.一种洛伦兹力演示器，包括一个内置控制电路的控制盒，控制盒侧表面设置有和控制电路相连的控制开关，控制盒上表面形成演示平台，还包括竖向间隔设置在演示平台上的两个励磁线圈，设置在演示平台上两个励磁线圈中间位置的洛伦兹力管；其特征在于，所述洛伦兹力管为水平设置的长条形玻璃管，洛伦兹力管两端相对设置有能够产生放电现象的正极和负极，所述正极和负极通过电线和控制盒内的控制电路相连，所述洛伦兹力管内腔中部位置设置有一张金属板，金属板两侧表面具有荧光粉涂层，所述金属板长度方向和所述洛伦兹力管长度方向倾斜形成一定夹角。
2.如权利要求1所述洛伦兹力演示器，其特征在于，所述长条形玻璃管两端电极之间长度小于两个励磁线圈间距，长条形玻璃管中部位置具有向下延伸的安装部，且靠安装部可水平转动地安装在位于演示平台上的一个底座上。
3.如权利要求1所述的洛伦兹力演示器，其特征在于，所述长条形玻璃管内部为真空状态。
4.如权利要求1所述的洛伦兹力演示器，其特征在于，所述控制开关包括一个总电源控制开关，还包括一个能够控制调节励磁线圈间的磁场强弱的励磁电流调节旋钮，以及一个能够改变励磁线圈电流方向的励磁电流方向换挡开关，和一个能够调节电极两端电压的电压调节旋钮。
【专利摘要】本实用新型公开了一种洛伦兹力演示器，包括一个内置控制电路的控制盒，控制盒侧表面设置有和控制电路相连的控制开关，控制盒上表面形成演示平台，还包括竖向间隔设置在演示平台上的两个励磁线圈，设置在演示平台上两个励磁线圈中间位置的洛伦兹力管；所述洛伦兹力管为水平设置的长条形玻璃管，洛伦兹力管两端相对设置有能够产生放电现象的正极和负极，所述正极和负极通过电线和控制盒内的控制电路相连，所述洛伦兹力管内腔中部位置设置有一张金属板，金属板两侧表面具有荧光粉涂层，所述金属板长度方向和所述洛伦兹力管长度方向倾斜形成一定夹角。本实用新型具有结构简单，能够更好地利于演示和观察洛伦兹力现象，提高教学质量的优点。
【IPC分类】G09B23-18
【公开号】CN204360674
【申请号】CN201520041199
【发明人】张凯
【申请人】张凯
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月21日