专利名称：电解质形成液体电流的演示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物理现象的演示装置，更具体的说，涉及一种利用电解质形成液 体电流来对磁场力方向进行演示的装置。
背景技术：
《磁场对电流的作用力左手定则》是高中物理基础型课程的内容，该节内容是在学 生学习磁现象的电本质，学会了用右手螺旋定则来判断电流的磁场方向的基础上，具体探 究磁场对电流的作用力——磁场力的方向。对于磁场力的方向判定方法——左手定则，对 于初次接触这部分知识的学生来说，困难确实不小。主要表现在空间想象能力不够；利用 左手如何准确表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场力F的方向。借助相应课件动画演 示左手定则的具体操作，并不能让学生顺利地突破这一难点，更不必说左手定则在物理问 题中的具体应用。在实际教学中，为使学生深入地理解左手定则，一般都通过练习来加强， 但主要趋于比较理论化的物理情景。
发明内容
本发明为解决上述存在的问题，提供一种电解质形成液体电流的演示装置，通过 直观和形象的现象演示，让学生更容易地把物理现象和物理知识紧密联系起来，加强对《磁 场对电流的作用力左手定则》这一物理原理的理解。为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下一种电解质形成液体电流的演示装置，包括一定浓度的电解液，所述电解液盛放 在一非金属容器内，容器置于磁场中，容器内置有两个彼此隔开的金属物质，金属物质分别 连接到电源的正、负极上，容器内放置有轻质不容于水的杂质。所述电解液是硫酸铜。所述两个金属物质分别是贴在容器内壁上的铜圈和插入容器中央位置的铜管。所述轻质不容于水的杂质是碎花屑或者彩球。所述非金属容器为玻璃水槽。我们知道，电解质在固态时，阴、阳离子相对固定在一定的位置，不能作定向移动， 故其不导电。当溶于水后即电解成带正电的正离子及带负电的负离子，离子的化学性质和 原子的完全不同，在水溶液中，正离子所带的正电总电量与负离子所带的负电总电量相等， 溶液呈现电中性。但离子在溶液中能自由移动，具有导电性。当其外接电源使其通电时，正 离子定向移向负极，而负离子定向移向正极，由此形成溶液的电流。把它置于一定的磁场 (钕磁铁产生)中，带电质点在磁场中就会受到磁场对它的作用力(洛仑兹力)，宏观表现 为磁场对电流的作用力即磁场力而发生侧向运动。本发明所提供的演示装置，借助溶液表 面漂浮物的旋转方向就可形象地演示该磁场力的方向。
以下通过附图对本发明技术方案做进一步详细的描述图1是本发明实施例的连线图一；图2是图1中电解离子和杂质旋转的俯视图；图3是本发明实施例的连线图二；图4是图3中电解离子和杂质旋转的俯视图。
具体实施例方式利用托盘天平称取20克的硫酸铜晶体溶解在400mL的水中得到浓度为3. 05%的 硫酸铜溶液6，在玻璃水槽1中导入一定量的硫酸铜溶液6，玻璃水槽1的内壁上贴有铜圈 5，中央竖立一根铜管3，玻璃水槽1放置在磁性材料7上。带有电流表(0 0. 6A)的数字 式学生电源(最大电压S30V) 2的正负极通过导线分别连接在铜圈5和铜管3上。在硫酸 铜溶液6表面撒上一些碎花屑4。双刀双掷开关8连接在电源2与铜圈5之间，该电路连接 如图1所示。接通电源2，电压从OV依次增加，可以观察到碎花屑4朝着顺时针的方向旋 转，如图2的俯视图所示，图中X表示磁场的方向垂直纸面向里，Φ表示正离子，θ表示负 离子，直线箭头表示离子运动方向，曲线箭头表示碎花屑4朝着顺时针的方向旋转。而反接 时，即把电源2的正极连接铜管3，负极连接铜圈5时，如图3所示的连线图，可以观察到碎 花屑4朝着反方向进行旋转，如图4的俯视图所示。从物理的角度来分析碎花屑4的旋转 方向，发现除了可以观察到碎花屑4的旋转，还可以看到与正极相连的铜圈5表面的铜颜 色更亮。只不过电压低，碎花屑4旋转得比较慢，电压逐渐上升，旋转得越来越快，效果非常 明显。那么，除了把外加的电压升高使效果更明显之外，有没有其他的方法也可以达到相同 的效果呢？从理论上分析，碎花屑4的旋转速度更快，说明带电离子所受到的磁场力更大， 由公式F = BIL可得，在磁场B、通电导线长度L一定的条件下，增大电路中的电流I即可使 磁场力更大，碎花屑4的旋转速度更快。那么，如何来增加电路中的电流呢？有以下三种方 法①增加外加的电压；②增加硫酸铜溶液6的浓度；③升高硫酸铜溶液6的温度。以下分 别对三种方法具体说明1、增大外加的电压利用硫酸铜溶液6进行实验，接通电源2，把外加的电压逐渐增加，发现漂浮在溶 液表面的碎花屑4旋转得越来越快。说明在其它条件都不变的前提下，电压增大，硫酸铜溶 液6的导电能力增加，电流增加，所受的磁场力更大，当然碎花屑4旋转的速度越来越快。后 来发现，只要是电解液导电，在增加电压的情况下，都可以看到相同的现象。2、增加硫酸铜溶液6的浓度分别利用浓度为3. 05%的硫酸铜溶液(由20克的硫酸铜晶体、400mL的水配制而 成)6和浓度为4. 47%的硫酸铜溶液(由30克的硫酸铜晶体、400mL的水配制而成)6进行
了对比实验，得到了相应的实验数据，具体如下表格一
4 从表格中可以看出对于相同的电解液导电，增加溶液的浓度，当升高相同的电压 时，浓度高的溶液中电流的增加得更快。而电流增加得越快，碎花屑4旋转得就更快。3、升高硫酸铜溶液6的温度利用浓度为3. 05%的硫酸铜溶液6，在硫酸铜溶液6分别处于温度为15°C、温度为 18°C和温度为24°C三种情况下进行实验。测定不同温度下电压与电流的关系，并观察碎花 屑4的旋转情况，得到了如下的表格二 从分子运动论角度来分析表格中数据，温度升高，硫酸铜溶液6中的电解质阴阳 离子的运动速度加快。整体而言，离子的运动加快，相当于单位体积内增加了离子的个数 (亦可以理解为某离子在指定空间内的出现几率增加)，那么就相当于离子浓度增加。对于 电解质溶液，导电能力与离子浓度有关，那么离子浓度增加导电能力也增加了。通过实验，发现本演示装置效果确实不错，直接可以看到硫酸铜溶液6表面的碎 花屑4朝着顺时针或者逆时针的方向旋转，并通过加大电压、增加硫酸铜溶液6的浓度和升 高其温度等方法来增强实验的效果。本演示装置是对于《磁场力》教学内容的初步尝试，效 果不错。当然，该演示装置还是很多需要改进的地方测定某一温度下的电流与电压的变化 关系，应尽可能保持密封状态保持温度不变；提高电流表的精度；配置的硫酸铜溶液的浓 度应该更多些；增加该实验的可视度，必要时可借助投影仪并把玻璃水槽改成透明度高的 玻璃槽，并用五颜六色的小球悬浮在溶液中，效果应该更加形象。
权利要求
一种电解质形成液体电流的演示装置，包括一定浓度的电解液，其特征在于所述电解液盛放在一非金属容器内，容器置于磁场中，容器内置有两个彼此隔开的金属物质，金属物质分别连接到电源的正、负极上，容器内放置有轻质不容于水的杂质。
2.根据权利要求1所述的电解质形成液体电流的演示装置，其特征在于所述电解液 是硫酸铜。
3.根据权利要求1所述的电解质形成液体电流的演示装置，其特征在于所述两个金 属物质分别是贴在容器内壁上的铜圈和插入容器中央位置的铜管。
4.根据权利要求1所述的电解质形成液体电流的演示装置，其特征在于所述轻质不 容于水的杂质是碎花屑或者彩色小球。
5.根据权利要求1所述的电解质形成液体电流的演示装置，其特征在于所述非金属 容器为玻璃水槽。
全文摘要
本发明涉及一种电解质形成液体电流的演示装置，包括一定浓度的电解液，所述电解液盛放在一非金属容器内，容器置于磁场中，容器内置有两个彼此隔开的金属物质，金属物质分别连接到电源的正、负极上，容器内放置有轻质不容于水的杂质。本发明所提供的电解质形成液体电流的演示装置，借助电解液表面的漂浮物的旋转方向，直观和形象地演示磁场对电流的作用力即磁场力的方向。让学生更容易地把物理现象和物理知识紧密联系起来，加强对《磁场对电流的作用力左手定则》这一物理原理的理解。
文档编号G09B23/18GK101901561SQ201010215568
公开日2010年12月1日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者喻承, 归鼎, 蔡香英 申请人:上海市莘格高级中学