专利名称：多功能配套实验演示器的制作方法
本仪器是一成龙配套的组合式系列教学仪器。适用于小学自然，中学物理多种实验，演示之教学用。
对本仪器的理解，检索，审查有参考作用的现有技术有小学自然学科有J218小学声学实验盒，J219热学实验盒，J221固体体胀演示器，J239电流实验盒，J106小学实验室电源(12V/10A)、J334耳解剖放大模型；中学物理有J1202学生电源(9V/1.5A)、J1209教学电源(12V/2A稳压)、J2137中学力学热学组合教具、J2258金属线膨胀演示器、J2259固体缩力演示器、J2368演示电路实验板、J2369学生实验演示板、J2273初中电学实验演示箱、J2443初中电学学生实验箱、J2439电磁实验器、J2481能的转化演示器；中学生理有J3310耳解剖模型。
为了给学生实验，演示提供新颖、实用、方便、快捷、直观而有趣的仪器设备，以培养学生的创新精神和实践能力，全面推进素质教育是设计创造本仪器的目的。
本仪器由主机和附件一磁电演示器及附件二力热演示器三部分组成。
主机由150W变压器输出0-12V/10A的低压交流电(每隔1.5V可调)，由K2选择提供所需低压交流电源。0-6V(每隔1.5V可调)由K3选择调节所需电压，经10A50V整流器整流后，接双刀双掷开关K4(K4可快速改变电流方向)，输出端，至直流输出接线柱，两接线柱之间并联亮度指示灯一盏和电流方向指示灯二盏，电流方向指示灯的亮、灭由二只相反方向的二极管与灯串联代替开关用；输出21＋21/3A交流电经3A100V整流器整流，经滤波后担负向“傻瓜”175后级音响功放集成电路提供正、负各29V的工作电源(如换用155或1100，输出改17＋17V或26＋26V)；输出1.1V的小电流经整流滤波后，担负向话筒前级放大器3AG1提供1.5V的工作电源。(因话筒信号电流较弱，故加3AG1放大，又因只差一可变电容器和一磁棒、线圈就具备简单的收音功能，因此加上收音功能，还因交流电经整流滤波后的电压是整流滤波前的峰值，即原交流电压的1.414倍，所以1.1V经整流滤波后是1.5V直流电。)。
磁性天线用10×100的磁棒(扁的圆的都行)，用七股纱包线绕70圈2、3之间为6圈，(如改用360P空气单连，线圈改用60圈。全部元件按图一原理安装在印刷电路板、面板、底板及后壁板上焊牢即可。安装完毕调试收音部分3AG1基极可变电阻的值，达到最佳音响效果时确定其值换固定电阻。
附件二是磁电演示器。为方便快捷演示电磁铁的性质，除主机采用快速改变电流方向外，这里采用了快速改变绕线方向的措施，方法是用正反两组线圈绕在同一铁芯上(铁芯可用φ14-18的圆钢，长80-100，外套绕线管，铁芯应在火中烧红后经慢慢冷却后使用，以免产生剩磁)，外套绕线管，用φ0.1至0.2漆包线绕制(不可太粗)，绕好后应达到5Ω左右。两个线圈的始端接A点，末端分别接B、C点，然后外包绝缘纸，在外包装上用较粗、较醒目的红、绿色线(或其它二色线但绝不是导线)分别按AB、AC的实际绕线方向和接线方法连接AB、AC(用以指示绕线方向)，A接电源某一极，B、C分别接单刀双掷开关K5两接点，只须拨动K5，即可快速改变绕线方向。其它原件按图二原理组接即可。(磁电演示器带熔断保险丝，主机内未设短路自动断电保护电路，因为输出电流较大，无论交流、直流都达10A，实验电路中导线都较细，即使接错短路，能烧化实验导线塑料皮，都烧不坏次级线圈和整流器，采用机外熔断式保险丝分组保险，以免一组接错短路，造成“全线停电”影响其它组实验。)。
附件二由反冲(反作用力)演示器、电热、固体热胀冷缩及白炽灯发光原理演示器四部分组成台灯旋转飞机式。(四部分都可自成体系单独存在并独立使用)。
反冲演示器是台座旋转臂式，在双臂杆上分别安装一模型飞机，根据螺旋桨向后煽气产生反作用力推动模型飞机向前运动的原理制成。动力由两个玩具电动机(也可用剃须刀用电动机或其它直流电动机)提供，由于模型飞机是运动的，这就决定了导线接线方式方法必须是电刷式，底盘和立杆是金属的，可代替一根导线，如是翻沙塑料材料，这根导线应延长至金属轴承内环，另一根导线由立杆孔穿过接在电刷接线螺丝处。电刷和金属环能否接触良好和磨擦力的适宜是保证飞机模型电源是否畅通的关键，接触不良，电源不通或时断时续，电动机不转或转转停停，飞机模型不能正常向前运动，如接触过紧会产生很大的摩擦力，当大于反作用力时，虽然电动机正常运转，由于克服不了摩擦力，模型飞机就不会向前运动，因此电刷就成了此演示器的关键部件，电刷做成图十五形状，摩擦力大小可调试。只要调节弹簧下端螺栓、即可调节电刷和金属环之间的摩擦力大小。
线型管状直观热胀冷缩演示器的制作方法是；在φ5.5至7.5的玻璃导管中(实验室用玻璃管，外径一般在5.5至7.5之间，选粗的)，安装并固定一段长100左右的150W电烙铁丝，电烙铁丝一端和φ0.7的铜引线直接相连接，另一端和用φ0.7铜线制成的“十”形指针相连、指针和φ0.22的钢丝绕成的φ2.5左右的弹簧相连，弹簧长18-20，弹簧另一端和φ0.7铜引线相连接，并在“十”形指针跨钢丝弹簧至铜引线接一螺线形铜引线，在“十”字指针处和铜引线处设法用铜焊牢(先焊引线，后接弹簧)，螺线形铜引线可比铜引线细些，用φ0.3-0.4的就行，铜螺线形引线的螺管比弹簧略大，比玻璃管内径要小，以伸缩自如不产生摩擦为宜，(这样做的目的是避免电流大量流过弹簧产生电热使弹簧弹性因退火消失)。把引线弯钩并用5牛顿的测力计钩住铜引线拉，拉力在2.5-4.5牛顿之间，使弹簧伸长10-15(拉力不可过大，否则易使烧红的电烙铁丝断)。用喷灯烧熔玻璃管。在灯罩适当位置贴画有毫米尺的白纸处，使“十”字形指针对准“0”处即可。也可固定在别的板上独立使用)。
电热演示器的制法是将近60-80长的一段电烙铁丝(100-150W的电烙铁)，绕成螺线管状，由引线连接穿过瓷质双孔管(150W电烙铁上的此管)，固定于底盘上即可。(也可独立使用)白炽灯发光原理演示器，用12V5W灯丝为“一”字形的管状灯(面包车棚灯，为的是和线型管状电热器相类比)，与热胀冷缩演示器平行固定在灯罩内，中间留有能装得下蛇形管的空。导线由立杆、蛇形管中穿过，按图三接线(当然顺序变化也可)即可，和主机相接应用插头，主机的后壁板设交流插座。
如附件二电动机旋转后不向后煽气，可改变螺旋桨片扭转角的方向，还可改变图三二极管接法(反过来接即可)。
多功能配套实验演示器与现有技术相比，所具有的优点和积极效果如下一、功能多、可发展现有的教学仪器功能少，有的一件教学仪器仅一项功能、多的也就是两项，如J106和J1202，只能提供交、直流低压电源。本教学仪器不仅能提供交、直流电源而且还能提供声源(具备扩大机功能，比扩大机构造简单、价格低廉。)快速改变电流方向和电磁铁线绕方向，还能把看不见的电流大小和电流方向通过指示灯显示给学生看，除能作和附件相配合作的实验、演示，还能配合其它教学仪器(和非教学仪器)演示鼓膜的作用，声音是怎么产生的，模拟演示耳朵是怎么听到声音的、演示导体、绝缘体、半导体，配合J245演示收音机原理，此外还能用于音乐欣赏、会场扩音、广播体操扩音、录音机、录像机、VCD扩音等多种用途。
二、操作方便、快捷、直观效果好。
1、小学J221固体体胀演示器演示时，是先让学生观察铜球能穿过环，然后把铜球在酒精灯火焰上加热3-5分钟后再实验，球不能穿过环，“反复实验演示”，“学生很难抽象出固体热胀冷缩的性质”，实验“有一定的困难和危险”“不符合科学研究的程序，对学生没有说服力。”(《小学自然教学》2000年3期34页)。本仪器线型管状固体热胀冷缩演示器，只需通电3秒，就可明显地看到指示电热丝长度的指针在标尺上移动，指示热膨胀数据，不仅能演示热胀，还能演示冷缩力，不但能定性，而且能定量。
2、《电热》一课教材上是让学生用手去摸接在电池两极间的细铁丝是否热了来认识电热概念。“《电热》一课做实验效果的确不明显”“学生没有能直接感知电热”(《小学自然教学》2000年1、2期合刊76页)。本仪器电热演示器只需通电3秒，即可让学生看到电热(热在很大温度范围内，单靠视觉是无法感知的，本仪器把热的温度控制在视觉可感知的范围——电热丝发红、变不可见为可见。)。并能点燃纸、烟、香等可燃物。
3、J2439电磁铁实验器，实验“电流方向改变，电磁铁的磁极也随之改变”时，改变电流方向的方法是把电磁铁的两根导线解下来，调换后再接上，用磁针去检验电磁铁的磁极改变了，(由于费事时间长，若不作笔录记下上次极性，在下次改变了后再看原极性改变了时，都可能忘了原极性)，学生也看不见电流大小和电流方向，本仪器只须拨动K4，就能瞬间改变电流方向，并可通过电流方向指示灯看到电流方向改变了，同时看到磁针原指向电磁铁的一极被排斥，另一极被吸引，可反复拨动K4实验，直观有趣，可使学生很快认识“电流方向改变，电磁铁的磁极也随之改变”；“电磁铁的绕线方向改变，电磁铁的磁极也随之改变”，目前还没有这种实验仪器，本仪器双线圈电磁铁和单刀双掷开关K5相配合，可在瞬间改变绕线方向，由外包装绕线方向指示线指示绕线方向。效果直观有趣。
4、《反冲》一课目前还没有定型的实验仪器，教材中是在易拉罐或塑料瓶底部等距离朝一个方向用粗锥子扎4—6个孔，用线吊起来，倒入水，水会从孔中朝一个方向喷出，罐就会向与喷水方向相反的方向转动，由于转得较快，学生很难看清喷水方向与转动方向相反，只看见易拉罐周围有一圈“水裙子”。本仪器反冲演示器可使学生清楚感知煽方向与飞机模型运动方向相反。
三、变枯燥乏味为有趣味。
J218小学声学实验盒和J2273初中声学热学演示箱，虽有扬声器，由于无声源，只能用电池去接触扬声器接线，使喇叭发出单调乏味的“嚓—嚓—”声，本仪器和扬声器相配合，再配合录音机，可使扬声器发出清脆悦耳动听的歌声和音乐声，再问学生这声音是怎么产生的，接着实验、观察纸盆上的小纸球或泡沫塑料球在扬声器发声时会怎样的，学生会说出小纸球或泡沫塑料球在发声时会跳动(振动)。
图1是主机原理图，所有元件按此图组装焊接。图2是附件一磁电演示器(板)。图3是附件二力热演示器电原理图。图4是附件二主视图。图5是附件二俯视图。图6是附件二侧视图。图7是附件二底盘及其剖视图。图8是附件二轴承和轴承套。图9是附件二绝缘环。图10是附件二金属环。图11是附件二轴承套、绝缘环、金属环粘合组装示意图。图12是附件二线型管状固体热胀冷缩演示器AA、A｀A｀剖视图(标尺“0”对准指针贴在灯罩固定板上，独立使贴固定板上。)。图13是附件二电刷。(底盘、立杆如是绝缘材料，电刷体可全部采用导体材料一体制成，不用塑料)。由塑料、铜材制成，塑料用斜线面表示，铜材料用无斜线面表示。图14是附件二立杆，下端接底盘，上端安轴承套，顶端安蛇形管固定节，三孔上两孔固定电刷，下一孔穿导线。图15是附件二臂杆(2根)。图16是附件二螺旋桨(2片)，中心孔两侧各和中心片之间扭转30°-35°角(朝同一方向)。图17是附件二电热演示器固定片。图18是附件二飞机模型(2架、纸质、塑料质均可)。图19是电热演示器。图20是主机印刷电路板。图21是主机直流电源整流器固定板和铝质散热片(40×40×1)。铝用斜线面表示图22是主机面板。图23是主机底板和后壁板。图24是主机盖板(上、左、右)图25是主机盖板固定角铁(分左右两侧之区别，2件)。图26是主机面板固定角铁(分左右两侧之区别，2件)。图27是附件二白炽灯发光原理演示器12V5W“一”形面包车棚灯固定座。图28是附件二蛇形管固定节。图29是主机印刷电路板，整流器固定板固定角铁(2付4件)图30是主机磁棒固定角铁固定架。
实现发明或实用新型的最好方法一、电磁铁实验演示及磁电演示1、将电磁铁两根导线分别接直流输出红、黑接线柱，把电压选择开关K3旋至3、4.5、6V任意档，打开电源开关K1、将电磁铁和大头针(或小铁钉)接近，电磁铁会吸住大头针(小铁钉)，提起来，关断电源，指示灯灭，大头针(或小铁钉)全部落下，反复实验，实验说明电磁铁的磁性是由电流产生的，有电流通过，电磁铁有磁性，无电流通过，电磁铁磁性消失(无磁性)。
2、接着作，打开电源开关K1，将K3由1.5、3、4.5、6V逐档实验，会发现指示电流大小的指示灯会发出不同的亮度指示通过电磁铁的电流大小，电磁铁的吸铁量也会变化，实验中学可直观地认识通过电磁铁的电流越大(强)，电磁铁的磁力也越大(强)，反之越小(弱)。
3、接着作，把磁针靠近电磁铁某一端，把K3旋至6V档，打开电源开关K1可见磁针的某一极会指向电磁铁，指示电流方向的一盏指示灯亮，指示此时的电流方向。拨动电流方向转换开关K4，可见原来指向电磁铁的磁针一极被排斥，另一极被吸引指向电磁铁，原来指示电流方向的指示灯灭，另一方向指示灯亮，指示出电流方向已改变，可反复操作实验，实验中学生可清楚地看到；电流方向改变，电磁铁的极性也随之改变。
4、接着作，拨动绕线方向转换开关K5，可见磁针的一极被排斥，另一极被吸引指向电磁铁，反复实验，学生通过电磁铁外包装的绕线方向指示线和实验中观察到的现象，可直观认识改变电磁铁的绕线方向，电磁铁的极性也随之改变。
和附件一相配合可完成全部磁电实验和导体、半导体、绝缘体实验。可演示电能转变为磁能和光能。
二、电热、白炽灯发光原理演示实验。主机和附件二相配合，将附件二插头插主机交流输出插座，把交流选择开关K2旋至6V，把K6拨至电热档，可见电热演示器发热变红，并可点燃纸烟，(如不发红可逐渐升高电压至发红止)。实验中学生可在短时间内(3-4秒)感知电热(电能转变为热能)。接着让学生先想电热丝的角度继续升高会怎样？将K6拨至灯(用灯丝代替电热丝实验)，把电压选择开关拨至4.5V档、并由此档逐步升高，直至12V，学生可直观地认识到白炽灯是灯丝炽热而发亮(热能转变为光能、电能转变为光能)。
三、反冲演示把附件二插头插主机交流输出，把K6拨至反冲档，打开K1接通电源，把交流电压调节开关拨至6V档，螺旋桨旋转向后煽气(如反转不向后煽气，可改变底座内二极管接线方向)，模型飞机由于有臂杆拉着作圆周运动(如螺旋桨只转动而模型飞机不运动调整电刷接触力度，如螺旋桨转速低，调整K2档位)。可演示电能变机械能，离心力、向心力、模拟地球围绕太阳运转。
四、固体热胀冷缩演示把附件二插头插主机交流输出插座，把K6拨至热胀冷缩档，K2拨至7.5V或9V档，打开电源开关K1接通电源3秒内，会看到指针由毫米标尺“0”逐步向右移动，指示出电热丝受热后膨胀长度，3-4秒后关断电源，电热丝冷却往回缩，可见指针逐渐向“0”位移动，可反复实验，学生在实验中可直接观察到固体受热体胀；受冷体缩。可演示J2259固体缩力演示器之演示。(注意实验时电压不要加的过高，以能看到指针移动为宜，如加热到亮红易损坏或缩短使用寿命)。
五、声音是物体振动产生的，声音——振动互相转变演示。
1、把J218小学声学实验盒8Ω扬声器4只一组串联，然后4组并联(这样其阻抗仍是8Ω)，共16只，3人一组，可供48名学生实验演示。学生在教师适当的导语下，带着兴趣，观察扬声器发出各种声音时，其纸盆上的小纸球(泡沫塑料球)在上下跳动(振动)，学生可在轻松愉快的课堂气氛中认识声音是由物体振动产生的。
2、把扬声器对向振动膜，当扬声器发声时可见吊在振动膜中央的小球在振动；学生可直观地感知声音也能使物体产生振动。(声音、振动互相转变)，人中耳的鼓膜的作用就是把声音(声波)变振动。
3、可模拟耳朵是怎样听到声音的实验。利用本机音响功放功能，用一只扬声器代表鼓膜，接音频输入，另一只扬声器代表人的大脑听觉脑细胞，导线、功放器代表听神经。当对着代表鼓膜的扬声器讲话和发出各种声音时，扬声器的纸盆象鼓膜的作用产生振动。由导线和功放器代表的听神经传给大脑，代表大脑的听觉细胞，由扬声器发出声音，表示听到的声音了。这一实验中有声音变振动，振动变声音，电能变声能，声能变电能。
权利要求
多功能配套实验演示器多功能配套实验演示器的技术特征是1、主机除有输入电源220V/50HZ，输出0～12V/10A交流电源，0～6V/10A直流电源外，还有音响后级功率放大功能，能输出额定功率75W的音频电流和话筒前级放大功能，直流电流方向快速转换功能及电流大小、电流方向指示功能。
2.电磁铁采用两组绕线方向不同的线圈绕制而成、并通过外包装上红、绿色线显示内部实际绕线方向，与单刀双掷开关相配合，实现快速改变绕线方向之目的。
3.台座旋转架式反冲演示器，利用玩具电动机作模型飞机的动力，利用螺旋桨向后煽气产生反作用力推动模型飞机向相反的方向运动，利用摩擦力小的轴承作旋转架，为保持平衡，采用双侧对称式。采用电刷传电的方式为运动的模型飞机供电。
4.固体热胀冷缩演示器，改传统的体外酒精灯加热为电直接在导体内产生热，使固体体胀，由指针在弹簧弹力的作用下拉动指针移动并不使电热丝弯曲，由指针在标尺上指示出体胀数据，电热丝、指针、弹簧及引线安装在玻璃管中，两端引线与玻璃管(烧粘)粘合密封起保护固定作用。
5.电热演示器是将一段60～80长的150W左右的电烙铁丝绕制成螺旋状，两端用导线连接，穿过双孔瓷管固定制成的。以上五项是多功能配套实验演示器的基本的和主要的特征，要求保护的是以上五种主、附件的制作方法。
全文摘要
本仪器是一种多功能主附配套设备,适用于小学自然、中学物理实验、演示教学,能把看不见摸不着的东西展现出来。主要技术特征和用途:输入有220V/50Hz交流电、收音、话筒、录音机、录像机、VCD音频弱小信号。输出有0～6V/10A直流、0～12V/10A交流、均1.5V可调,额定功率75W音频输出。适用于电流大小、方向、电磁、电热、声振互变、声电互变、固体热胀冷缩、反冲(反作用力)、鼓膜的作用等多项实验和演示。
文档编号G09B23/06GK1330351SQ001063
公开日2002年1月9日 申请日期2000年6月15日 优先权日2000年6月15日
发明者李恒春 申请人:李恒春