CN108510856B - 一种物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法，包括支撑装置、以及测量装置，测量装置包括滚筒以及轴，滚筒外部缠绕有电阻丝，沿电阻丝的缠绕方向设有标尺；滚筒的两端设有A接线端子以及B接线端子，轴的上设有A铜环以及B铜环，A铜环连接A碳刷，B铜环连接B碳刷，A碳刷通过A导线与电阻丝始端连接，B碳刷通过B导线与电阻丝末端连接，所述A接线端子通过C导线与A铜环连接，所述B接线端子通过D导线与B铜环连接；支撑装置上设有可以沿滚筒径向滑动的探头组件，探头组件与电阻丝可实现电性接触，探头组件连接有C接线端子。具备结构简单，设计巧妙；尺寸小，占用空间小，操作简单，测量结果更加准确等特点。

Description

一种物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法

技术领域

本发明涉及物理教具技术领域，尤其涉及一种物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法。

背景技术

直流电位差计是用补偿法和比较法进行测量电源电动势的精确仪器。它不但能用来精确测量电动势、电压、电流和电阻等，还可用来校准精密电表，在非电量的测量仪器及自动测量和控制系统中，应用也很广泛。

目前教学常用的为11位电位差计，使用中存在诸多的弊端，如：尺寸较大，需要占据较大实验平台，铜接线柱多达11个，接线柱本身存在一定的阻值，导致测量结果存在误差；接线柱较多，操作麻烦，需要多次尝试才可以找到合适的平衡点，不便于理解实验的原理；教具类似古琴，同学们会经常拨动，容易造成仪器的损坏和测量精确度的降低；金属丝绕过接线柱的长度未计算在总长度内，导致测量长度偏低，最终测得的电动势不精确。

所以，如何提供一种物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种物理实验用滚筒式电位差计教具及其使用方法，解决现有技术中存在的缺陷，具体方案如下：

本发明请求保护一种物理实验用滚筒式电位差计教具，包括支撑装置、以及测量装置，所述测量装置包括滚筒30以及轴21，所述滚筒30外部缠绕有电阻丝31，沿所述电阻丝31的缠绕方向设有标尺32；所述滚筒30的两端设有A接线端子50以及B接线端子51，所述轴21的上设有A铜环211以及B铜环212，所述A铜环211连接A碳刷213，所述B铜环212连接B碳刷214，所述A碳刷213通过A导线60与电阻丝始端310连接，所述B碳刷214通过B导线61与电阻丝末端311连接，所述A接线端子50通过C导线62与所述A铜环211连接，所述B接线端子51通过D导线63与所述B铜环212连接；所述支撑装置上设有可以沿所述滚筒30径向滑动的探头组件，所述探头组件与所述电阻丝可实现电性接触，所述探头组件连接有C接线端子52。

具体的，所述滚筒30采用透明材质，所述轴21上还设有光源70，所述光源70优选为LED光源。

具体的，所述支撑装置包括底座10以及设置在所述底座10两端的侧面支撑板20，所述侧面支撑板20安装在所述轴21的两端，所述探头组件通过设置在所述底座10一侧的滑轨11实现沿所述滚筒30的轴向滑动。

具体的，所述探头组件包括设置在所述滑轨11上的滑块40，以及与所述滑块40依次连接的支撑杆41和金属触片42，所述金属触片直接与所述电阻丝31接触。

具体的，所述标尺32的长度为800mm-1100mm，优选1100mm。

本发明还请求保护一种基于上述装置的电路连接方式，具体为，所述A接线端子50和电源E正极连接，所述B接线端子51与电键K₁连接，在所述电键K₁与所述电源E之间设有变阻器R₀，所述A接线端子还与检流器G连接，所述检流器G连接被测电源E_X或标准电池E₀，所述被测电源E_X或标准电池E₀可以通过电键K₂与C接线端子52联通。

本发明还请求保护一种基于物理实验用滚筒式电位差计教具的电位差计算方法，包括如下步骤：

S1：按权利要求6的方式连接测试电路；

S2：电键K₂和被测电源E_X连接；

S3：接通电键K₁；

S4：旋转滚筒手轮33，使金属触片42连续滑过电阻丝30；

S5：观察检流计G的指针偏转情况，直到其指针指到“0”刻度线，停止旋转滚筒手轮33；

S6：记录下金属触片42所在标尺32位置的刻度值L_x，则，E_x＝I₀r₀L_x；

S7：将电键K₂和标准电池E₀连接，重复S4-S6步骤，记录下金属触片42所在标尺32位置的刻度值L₀，则E₀＝I₀r₀L₀其中r₀为电阻丝单位长度上的电阻，I₀为流过电阻丝的工作电流；

S8：将上述两式E_x＝I₀r₀L_x和E₀＝I₀r₀L₀相除后，可得待测电源E_X电动势：

上式表明，待测电源电动势E_X，标准电池E₀的电动势及电位差计处于补偿状态下测得的L_x和L₀值来确定。

优选的，所述标准电池E0的电动势为1.0186V。

本发明与现有技术相比，具有的优点是：滚筒上的电阻丝与接线柱之间使用了碳刷连接，结构简单，设计巧妙；尺寸小，占用空间小，在有限的空间内可以多组同学同时进行实验；接线柱仅有3个，因此测量结果精度较高；操作简单，只需从一端开始转动滚轮，一个行程即可找到平衡点，同时便于理解；有利于保护教具，节约教学成本的开支；测量值即为金属丝的实际长度值使测量结果更加准确；内部增加了照明LED，使刻度值更加清晰易读。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明侧面示意图；

图3为本发明内部结构示意图；

图4为本发明电路连接示意图；

图5为标尺展开示意图；

图中：10、底座 11、滑轨 12、限位装置 20、侧面支撑板 21、轴210、绝缘体 211、A铜环 212、B铜环 213、A碳刷 214、B碳刷 30、滚筒 31、电阻丝 310、电阻丝始端 311、电阻丝末端 32、标尺 33、旋转手轮 40、滑块 41、支撑杆 42、金属触片 50、A接线端子 51、B接线端子 52、C接线端子 60、A导线 61、B导线 62、C导线 63、D导线 70、光源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明侧面示意图，图3为本发明内部结构示意图，图4为本发明电路连接示意图，图5为标尺展开示意图，参照图1-图5所示，本发明请求保护一种物理实验用滚筒式电位差计教具，包括支撑装置、以及测量装置，所述测量装置包括滚筒30以及轴21，所述滚筒30外部缠绕有电阻丝31，沿所述电阻丝31的缠绕方向设有标尺32；所述滚筒30的两端设有A接线端子50以及B接线端子51，所述轴21的上设有A铜环211以及B铜环212，所述A铜环211连接A碳刷213，所述B铜环212连接B碳刷214，所述A碳刷213通过A导线60与电阻丝始端310连接，所述B碳刷214通过B导线61与电阻丝末端311连接，所述A接线端子50通过C导线62与所述A铜环211连接，所述B接线端子51通过D导线63与所述B铜环212连接；所述支撑装置上设有可以沿所述滚筒30径向滑动的探头组件，所述探头组件与所述电阻丝可实现电性接触，所述探头组件连接有C接线端子52。

具体的，所述滚筒30采用透明材质，所述轴21上还设有光源70，所述光源70优选为LED光源。

具体的，所述支撑装置包括底座10以及设置在所述底座10两端的侧面支撑板20，所述侧面支撑板20安装在所述轴21的两端，所述探头组件通过设置在所述底座10一侧的滑轨11实现沿所述滚筒30的轴向滑动。

具体的，所述探头组件包括设置在所述滑轨11上的滑块40，以及与所述滑块40依次连接的支撑杆41和金属触片42，所述金属触片直接与所述电阻丝31接触。

具体的，所述标尺32的长度为800mm-1100mm，优选1100mm。

本发明还请求保护一种基于上述装置的电路连接方式，具体为，所述A接线端子50和电源E正极连接，所述B接线端子51与电键K₁连接，在所述电键K₁与所述电源E之间设有变阻器R₀，所述A接线端子还与检流器G连接，所述检流器G连接被测电源E_X或标准电池E₀，所述被测电源E_X或标准电池E₀可以通过电键K₂与C接线端子52联通。

本发明还请求保护一种基于物理实验用滚筒式电位差计教具的电位差计算方法，包括如下步骤：

S1：按权利要求6的方式连接测试电路；

S2：电键K₂和被测电源E_X连接；

S3：接通电键K₁；

S4：旋转滚筒手轮33，使金属触片42连续滑过电阻丝30；

S5：观察检流计G的指针偏转情况，直到其指针指到“0”刻度线，停止旋转滚筒手轮33；

S6：记录下金属触片42所在标尺32位置的刻度值L_x，则，E_x＝I₀r₀L_x；

S7：将电键K₂和标准电池E₀连接，重复S4-S6步骤，记录下金属触片42所在标尺32位置的刻度值L₀，则E₀＝I₀r₀L₀其中r₀为电阻丝单位长度上的电阻，I₀为流过电阻丝的工作电流；

S8：将上述两式E_x＝I₀r₀L_x和E₀＝I₀r₀L₀相除后，可得待测电源E_X电动势：

上式表明，待测电源电动势E_X，标准电池E₀的电动势及电位差计处于补偿状态下测得的L_x和L₀值来确定。

优选的，所述标准电池E₀的电动势为1.0186V。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种物理实验用滚筒式电位差计教具，其特征在于：包括支撑装置、以及测量装置，

所述测量装置包括滚筒（30）以及轴（21），

所述滚筒（30）外部缠绕有电阻丝（31），沿所述电阻丝（31）的缠绕方向设有标尺（32）；所述滚筒（30）的两端设有A接线端子（50）以及B接线端子（51），

所述轴（21）的上设有A铜环（211）以及B铜环（212），所述A铜环（211）连接A碳刷（213），所述B铜环（212）连接B碳刷（214），所述A碳刷（213）通过A导线（60）与电阻丝始端（310）连接，所述B碳刷（214）通过B导线（61）与电阻丝末端（311）连接，

所述A接线端子（50）通过C导线（62）与所述A铜环（211）连接，所述B接线端子（51）通过D导线（63）与所述B铜环（212）连接；

所述支撑装置上设有可以沿所述滚筒（30）径向滑动的探头组件，所述探头组件与所述电阻丝可实现电性接触，所述探头组件连接有C接线端子（52）；

所述滚筒（30）采用透明材质，所述轴（21）上还设有光源（70）；

所述支撑装置包括底座（10）以及设置在所述底座（10）两端的侧面支撑板（20），所述侧面支撑板（20）安装在所述轴（21）的两端，所述探头组件通过设置在所述底座（10）一侧的滑轨（11）实现沿所述滚筒（30）的轴向滑动。

2.根据权利要求1所述的一种物理实验用滚筒式电位差计教具，其特征在于：所述探头组件包括设置在所述滑轨（11）上的滑块（40），以及与所述滑块（40）依次连接的支撑杆（41）和金属触片（42），所述金属触片直接与所述电阻丝（31）接触。

3.根据权利要求2所述的一种物理实验用滚筒式电位差计教具，其特征在于：所述标尺（32）的长度为800mm-1100mm。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的物理实验用滚筒式电位差计教具的使用方法，其特征在于：使用电路连接如下,

所述A接线端子（50）和电源E正极连接，所述B接线端子（51）与电键K₁连接，在所述电键K₁与所述电源E之间设有变阻器R₀；

所述A接线端子还与检流器G连接，所述检流器G连接被测电源E_X或标准电池E₀，所述被测电源E_X或标准电池E₀可以通过电键K₂与C接线端子（52）联通。

5.一种基于权利要求1-3任一项所述的物理实验用滚筒式电位差计教具的电位差计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：按权利要求4的方式连接测试电路；

S2：电键K₂和被测电源E_X连接；

S3：接通电键K₁;

S4：旋转滚筒手轮（33），使金属触片（42）连续滑过电阻丝（31）；

S5：观察检流计G的指针偏转情况，直到其指针指到“0”刻度线，停止旋转滚筒手轮（33）；

S6：记录下金属触片（42）所在标尺（32）位置的刻度值L _X ，则，E _X =I ₀ r ₀ L _X 其中, 其中r ₀ 为电阻丝单位长度上的电阻，I ₀ 为流过电阻丝的工作电流;

S7：将电键K₂和标准电池E₀连接，重复S4-S6步骤，记录下金属触片（42）所在标尺（32）位置的刻度值L ₀ ，则E ₀ =I ₀ r ₀ L ₀ 其中 r ₀ 为电阻丝单位长度上的电阻， I ₀ 为流过电阻丝的工作电流;

S8：将上述两式E _X =I ₀ r ₀ L _X 和E ₀ =I ₀ r ₀ L ₀ 相除后，可得待测电源E_X电动势：

E_X= L_X÷ L₀×E₀

上式表明，待测电源电动势E_X，标准电池E₀的电动势及电位差计处于补偿状态下测得的L _X 和L ₀ 值来确定。

6.根据权利要求5所述的一种基于物理实验用滚筒式电位差计教具的电位差计算方法，其特征在于，所述标准电池E₀的电动势为1.0186V。