姜先策,張作前
(海軍航空工程學院青島校區(qū)航空機械系,山東青島266041)
電容器多功能演示裝置的制作及課堂應用
姜先策,張作前
(海軍航空工程學院青島校區(qū)航空機械系,山東青島266041)
電容器多功能演示裝置的原理、制作方法和在課堂教學中的具體應用。關鍵詞:電容器;演示;教學
電容器作為電路中的基本元器件,具有通交流隔直流的特點,并且是個儲能器件。在物理教學當中,由于學生日常生活中直接用到電容的機會較少,對其缺少感性認識,僅憑教員的語言描述或動畫演示,很難達到預期的教學效果。為此,制作了一個電容器多功能演示裝置,并將其用于課堂教學演示。教學實踐表明,演示效果直觀明顯,輔助教學效果非常理想。
如圖1所示,其中虛線框內部分采用橋式整流將220V交流電變?yōu)?20 V直流電。當開關K1撥到2側,3個電容并聯(lián)后和燈泡串聯(lián),其兩端交流電,因為電容器通交流,所以燈泡將持續(xù)發(fā)光。當開關K1撥到1側,3個電容并聯(lián)后和燈泡串聯(lián),其兩端為上正下負的直流電,在電容被直流充電的短暫過程中,將有脈沖電流通過燈泡燈絲而短暫發(fā)光然后熄滅,表明充電完成。斷開開關K1,閉合K2,3個并聯(lián)電容器、燈泡和K2構成回路,燈泡會因電容器放電而短暫發(fā)光。斷開K2,閉合K1,充電完成后斷開,將表筆接觸小銅板上焊錫點,相當于電容器被短路,產生放電火花和爆炸聲響,表筆被融化的焊錫粘住。斷開表筆,重新給電容器充電。在塑料筆管中放入細鐵釘,然后閉合開關K3,電容放電電流通過線圈,由于電磁感應,線圈中的磁場與鐵釘中的感應電流磁場相互作用,鐵釘將被發(fā)射出去。
圖1 原理圖
2.1 材料準備
①無極電容(450 V,30 μF)3個;②日光燈鎮(zhèn)流器1個;②雙刀雙擲開關1個;③220 V,30 W白熾燈1個、燈座1個;④空氣開關2個;⑤萬用表紅色表筆1只;⑥方形小銅板1塊;⑦中性筆筆芯1根;⑧木板1塊(50×40 cm);⑨其他材料。銅質漆包線(直徑1 mm)、粗導線、香蕉頭插座、接線柱2個、電源插頭1個、502膠1瓶、能裝下小銅板的塑料盒1個;⑧工具。電鉆、電烙鐵、螺絲刀、剪刀、鉗子等。
2.2 制作方法及步驟
(1)整流穩(wěn)壓電路的制作。將日光燈鎮(zhèn)流器的包裝盒打開,取出其電路板,除4個整流二極管和與之相并聯(lián)的電解電容外,其他元器件一律用電烙鐵拆除。然后放回包裝盒即可。
(2)線圈的制作。將中性筆筆芯剪成4 cm長的1段,在其一端的表面密繞1層銅質漆包線,寬度約1.5 cm,用502膠涂抹固定后,同樣方法繞10層,注意留好引線。
(3)根據(jù)原理圖在木板上用鉛筆畫好各器件的位置及導線位置。
(4)將元器件按畫好的位置固定到木板上。用小螺釘把雙刀雙擲開關、燈和座、空氣開關、加工好的鎮(zhèn)流器、固定到木板上。將線圈引線接到兩個接線柱上。用電鉆在木板相應位置鉆孔,將接線柱及線圈固定好。用膠帶將3個無極電容并列纏緊,在木板上鉆孔,用金屬絲固定。用電鉆在小銅板兩端鉆孔,放入小塑料盒,用螺絲釘固定到木板上。
(5)按原理圖1用導線把個元器件連接起來。
3.1 電容器通交流隔直流演示
(1)通交流演示。將開關K1撥到2(交流),燈泡點亮,亮度一直保持。
(2)隔直流演示。將開關K1撥到1(直流),燈泡一閃而滅。
3.2 電容器放電演示
(1)點亮燈泡。斷開K1,閉合K2,將看到燈泡一閃而滅。
(2)電容焊。斷開K2,將表筆筆尖纏繞焊錫絲后接入電路,打開小銅塊外面的保護罩(防止不小心觸電),將開關K1撥到1(直流),然后斷開,用紅色表筆筆尖的焊錫絲接觸銅塊,將看到放電閃光,同時聽到“啪”地一聲放電結束后,表筆因焊錫融化粘在小銅板上。
(3)電磁線圈炮的演示。拔掉紅色表筆,蓋好演示電熔焊的小銅塊的保護罩,將用鐵釘制成的彈丸放入纏繞有線圈的中性筆筆芯中。將開關K1撥到1(直流),對電容進行充電,待燈泡熄滅后斷開K1,閉合K3,可看到鐵釘做成的彈丸被發(fā)射出去。
因演示裝置用的是220 V交流電,為避免不小心觸電,在各連接部位要做好絕緣處理,盡量不要裸露。在演示過程中,要注意個開關閉合斷開的正確順序,造成演示失敗,影響教學效果。
〔編輯利文〕
G633.7
B
10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.52