电阻定律教学演示仪的制作方法

本实用新型涉及一种教学演示仪，具体涉及电阻定律教学演示仪，属于教学实验装置的技术领域。

背景技术：

在中学物理课程教学中，其内容可归纳叙述如下：同种材料的导体，其阻值R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻与它的材料有关，写成公式，则是R =ρL/S（Ω）（其中ρ表示导体的电阻率，表征导体的一种特性）。根据欧姆定律的内容：在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端电压成正比、跟这段导体的电阻成反比。要测量一段导体的电阻值，可以采用间接测量方法，即先测量出导体两端的电压，以及通过导体的电流值,欧姆定律U=IR的变形式R=U/I即可求出相应的电阻值。上述为中学物理教学中测量和探究电阻定律的实验原理。而在中学物理教学中，电阻定律演示及探究的实验仪器，常为将四根长直金属丝线段固定在长方形木板上的结构设计，并外接直流电源、直流电压表、电流表、滑动变阻器和开关来完成实验。由于仪器系统误差较大，且不能通过连续改变电阻丝（导体）的长度来直观地帮助学生理解电阻定律中，导体长度与不同材料、截面积之间的关系，并且操作繁琐。

国家知识产权局于2015年12月2日公开了一种公开号为CN204834227U，名称为“一种教学用的电阻装置”的实用新型专利，该专利包括电阻外壳，所述电阻外壳内部设有第一电阻杆、第二电阻杆与第三电阻杆，所述第三电阻杆上设有滑轮，所述滑轮与滑杆下端相连接，所述滑杆上端与滑套相连接，所述滑套套在导向杆相连接，所述第一电阻杆、第二电阻杆、第三电阻杆与导向杆两端均设有通用接口。国家知识产权局于2016年1月20日公开了一种公开号为CN204991325U，名称为“一种教学用电阻器”的实用新型专利，该专利包括电阻器外壳，所述电阻器外壳内部设有第一电阻装置、第二电阻装置，所述第一电阻装置、第二电阻装置之间通过若干个固定柱相连接，所述第一电阻装置包括第一绝缘层、第一电阻，所述第二电阻装置包括第二绝缘层、第二电阻，所述第一电阻装置两端上设有第一插口，所述第二电阻装置两端上设有第二插口。但不足之处为，此2件实用新型均不能通过连续改变电阻丝（导体）的长度来直观地帮助学生理解电阻定律中，导体长度与不同材料、截面积之间的关系，并且操作繁琐，系统误差较大。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决现有技术中，电阻定律教学演示仪存在的不能通过连续改变电阻丝（导体）的长度来直观地帮助学生理解电阻定律，不能直观理解导体长度与不同材料、截面积之间的关系，操作繁琐，系统误差较大的技术问题，而提供一种新的电阻定律教学演示仪，通过呈圆弧形的电阻丝、划片、数显电流表、数显电压表等设置，来实现电阻定律实验数字化、连续化和直观化的效果。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现。

电阻定律教学演示仪，其特征在于：包括竖直设置的安装面板，所述安装面板的正面设有数显电流表、数显电压表、电阻器、电路开关和滑动变阻器，所述电阻器包括设置呈圆弧形的电阻丝、划片、转动轴和接线轴，电阻丝连接在接线轴上，所述转动轴设于呈圆弧形的电阻丝的圆心处。

所述安装面板上设有对应于电阻丝长度的刻度。

所述的电阻丝包括从外到内依次设置的第一电阻丝、第二电阻丝和第三电阻丝，三根电阻丝之间等距离排布，所述第一电阻丝上的接线轴设于第一电阻丝的两末端处；所述第二电阻丝上的接线轴设于第二电阻丝的中间和两末端处，中间的接线轴将第二电阻丝等分成第二电阻丝 Ⅰ和第二电阻丝 Ⅱ；所述第三电阻丝上的接线轴设于第三电阻丝的中间和两末端处，中间的接线轴将第三电阻丝等分成第三电阻丝 Ⅰ和第三电阻丝 Ⅱ。

所述第一电阻丝直径为0.3mm的镍铬金属丝；所述第二电阻丝 Ⅰ为直径为0.3mm的镍铬金属丝，第二电阻丝 Ⅱ为直径为0.5mm的镍铬金属丝；第三电阻丝 Ⅰ为直径为0.3mm的镍铬金属丝，第三电阻丝 Ⅱ为直径为0.3mm的康铜金属丝。

所述划片一端固定在转动轴上，另一端在电阻丝上滑动。

所述安装面板背面设有仪器控制器，仪器控制器上设有仪器控制器开关，仪器控制器包括电源适配器、控制系统。

所述的安装面板下端设置有支柱。

本实用新型在电阻定律演示过程中：首先，将安装面板的正面朝向学生，在安装面板的背面打开仪器控制器开关，再将安装面板上的数显电流表、数显电压表、电阻器、电路开关和滑动变阻器之间连通电路；其次，闭合电路开关，通过转动轴，转动划片，使划片在不同电阻丝上滑动，以测出对应的电阻值；最后，通过控制系统，将实验数据记录、转化、分析、显示，并通过连续改变电阻丝（导体）的长度来直观地帮助学生理解电阻定律中，导体长度与不同材料、截面积之间的关系，理解电阻定律。在此过程中，电阻丝可以自由取下或更换。同时，在做第三电阻丝实验时，划片可以在电阻丝上滑动，以改变电阻丝的长度或材料；在做第二电阻丝实验时，取下第三电阻丝，在转动轴上换对应长度的划片，以改变电阻丝的横截面积；在做第一电阻丝实验时，取下第二、三电阻丝，在转动轴上换对应长度的划片，以改变电阻丝的长度，得出电阻值。在演示过程中，电路导线设置在安装面板内，为隐线安装，从而方便学生清晰、简洁的观察实验。

本实用新型带来的有益效果如下：

1.在本实用新型中，安装面板的竖直方向设置，打破传统的电阻定律电路图，使电阻定律教学演示仪总体纵向设置，具有整体性，并使学生清楚、直观观察实验演示过程，提高教学质量。

在本实用新型中，将需要测量的电流值和电压值用数显电流表和电压表进行测量，而代替原有的指针式电压电流表的测量仪器，进而其实验误差较采用传统的电流表和电压表要小，因此得出的实验数据也更准确和科学合理，最终达到数据测量数字化。

在本实用新型中，电阻丝为圆弧形设置，给人整体统一的感觉，方便学生理解电阻定律，且将圆的弧长作为电阻丝的长度，并在圆周外侧即安装面板上将长度标出，可方便用来验证电阻值的大小与导体长度的关系，使整个实验更加简便。

2.在现有技术中，将待测电阻丝固定在一块平板上，在电阻丝两端固定在接线轴，实验时，即需要选用电压表和电流表分别接在待测电阻丝两端进行测量，待实验数据记录好后拆下接入的电压表和电流表，再进行对下一段待测电阻丝的测量，整个实验过程反复操作，复杂且显得混乱。而在本实用新型中，所设置实验部分电路可巧妙地固定起来而不影响实验的操作，使得原来复杂的实验步骤变得简单，能节约课堂时间，有效提高课堂效率。

3.在本实用新型中，电阻器中划片的设置，用来改变接入电路中的呈圆弧状电阻丝的长度，克服了原有的实验仪器无法连续改变电阻丝长度的缺点，使得实验时可以测量多组数据，使学生能形象地理解在同一材料和同一截面积条件下电阻丝长度变化与电阻率变化的关系等物理概念，进而得出更客观科学的实验结论，最终达到数据测量连续化。

4.在本实用新型中，安装面板背面设有仪器控制器，而仪器控制器上还包括仪器控制器开关、电源开关和电源适配器。仪器控制器的设置，将电阻定律演示实验智能化，使实验可控制，也使实验数据可记录、可采集、可显示、可分析，最终直观的展示给学生，使学生思路清晰，而达到高质量教学。

5.在本实用新型中，支柱的设置，支撑安装面板，方便安装面板的移动；同时，并实合在课堂教学中作为教师边讲边演示的仪器进行教学。

附图说明

图1本实用新型结构示意图

图2本实用新型右视图

图3本实用新型控制系统电路原理设计框图

图4本实用新型电阻率测量电路连接原理图（一）

图5本实用新型电阻率测量电路连接原理图（二）

图中，1、安装面板， 2、数显电压表，3、数显电流表，4、电阻器，5、电阻丝，501、第一电阻丝，502、第二电阻丝，503、第三电阻丝，6、划片，7、转动轴，8、接线轴，9、电路开关10、滑动变阻器，11、仪器控制器开关，12、仪器控制器，13、支柱。

具体实施方式

以下通过本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

电阻定律教学演示仪，包括竖直设置的安装面板1，所述安装面板1的正面设有数显电流表3、数显电压表2、电阻器4、电路开关9和滑动变阻器10，所述电阻器4包括设置呈圆弧形的电阻丝5、划片6、转动轴7和接线轴8，电阻丝5连接在接线轴8上，所述转动轴7设于呈圆弧形的电阻丝5的圆心处。所述安装面板1上设有对应于电阻丝5长度的刻度。所述的电阻丝5包括从外到内依次设置的第一电阻丝501、第二电阻丝502和第三电阻丝503，三根电阻丝5之间等距离排布，所述第一电阻丝501上的接线轴8设于第一电阻丝501的两末端处；所述第二电阻丝502上的接线轴8设于第二电阻丝502的中间和两末端处，中间的接线轴8将第二电阻丝502等分成第二电阻丝502 Ⅰ和第二电阻丝502 Ⅱ；所述第三电阻丝503上的接线轴8设于第三电阻丝503的中间和两末端处，中间的接线轴8将第三电阻丝503等分成第三电阻丝503Ⅰ和第三电阻丝503 Ⅱ。所述第一电阻丝501直径为0.3mm的镍铬金属丝；所述第二电阻丝5025Ⅰ为直径为0.3mm的镍铬金属丝，第二电阻丝502 Ⅱ为直径为0.5mm的镍铬金属丝；第三电阻丝503Ⅰ为直径为0.3mm的镍铬金属丝，第三电阻丝503 Ⅱ为直径为0.3mm的康铜金属丝。所述划片6一端固定在转动轴7上，另一端在电阻丝5上滑动。所述安装面板1背面设有仪器控制器12，仪器控制器12上设有仪器控制器开关11，仪器控制器12包括电源适配器、控制系统。所述安装面板1下端设置有支柱13。

实施例二

如图1、图2所示：以电阻器4上的转动轴7为圆心，将0.3mm的镍铬金属丝固定在最外圈上，为第一电阻丝501，并将对应的弧长刻度标识在安装面板1上；第二电阻丝502为0.3mm的镍铬金属丝和0.5mm的镍铬金属丝，且分别固定在两半圆弧上；最内圈则为0.3mm的镍铬金属丝和0.3mm的康铜金属丝，且分别固定在两半圆弧上，为第三电阻丝503。将电路开关9、电阻器4、滑动变阻器10、数显电流表3、数显电压表2固定在安装面板1的正面，能方便的控制开关和读取实验数据，安装面板1背面设有仪器控制器12，仪器控制器12上设有仪器控制器12开关11，仪器控制器12包括电源适配器、控制系统。将电源适配器、滑动变阻器10和电路开关9串联在电路中，转动轴7连接数显电流表3正极，数显电流表3的负极与电源适配器的负极相连，将数显电流表3串联进电路中。从电阻器4出来的导线与数显电压表2的正接线柱相连，转动轴7与数显电压表2负极相连，将数显电压表2并联进电路中。有了以上的设置，在进行实验时，则仅只改变从电阻器4处引出以及从圆心处接线轴8引出的两根接线至合适的位置就可以进行实验。

实施例三

在验证电阻值大小与导体长度的关系实施例中：控制导体的材料和横截面积相同，从而探究电阻值与导体长度的关系，将最外圈即第一电阻丝501直径为0.3mm的镍铬金属丝接入电路，通过划片6改变电阻丝5接入电路的长度，将得出的数据进行处理进而得出导体电阻与长度成正比的结论。

实施例四

在验证电阻值的大小与导体的横截面积的关系实施例中：控制导体的材料和长度相同，从而探究电阻与导体横截面积的关系，将最内圈的左右两段镍铬金属丝先后接入电路，可测量不同横截面积导体的电阻，将得出的数据进行处理进而得出导体电阻与横截面积成反比的结论。

实施例五

在验证电阻值的大小与导体的材料有关实施例中：控制导体的长度和横截面积相同，从而探究电阻与导体材料的关系，将内圈的左右两段镍铬金属丝和康铜金属丝先后接入电路，将得出的数据进行处理得出导体电阻与材料有关的结论。

实施例六

如图4所示：当改变划片6绕转动接线轴8O处转动时，在abc段电阻丝5圆弧上的任意位置，如在b点时，可用数显电压表2测量ab段电阻丝5两端的电压，用数显电流表3测量流过ab段电阻丝5的电流，由公式U=IR得ab段电阻丝5的电阻R，当已知ab段电阻丝5弧长L和ab段电阻丝5的直径d时，可由ρ=RS/L（S为电阻丝5横截面积，S=πd2），以此方法可求得待测电阻丝5的电阻率ρ。

如图5所示：当划片6绕转动接线轴8O处转动，直接滑动到达电阻丝5c点时，可测量abc整段电阻丝5，方法同上，当abc段电阻丝5接入不同材料的电阻丝5时，采用此电路图联接方式，可探究测量得出不同整段电阻丝5在不同电源电压改变条件下时，对应的电压、电流值，进而验证电阻定律。