一種洛倫茲力演示器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種物理教學(xué)用具；特別是涉及一種洛倫茲力演示器。
【背景技術(shù)】
[0002]荷蘭物理學(xué)家洛倫茲首先提出了運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁顯和磁顯對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力的觀點(diǎn)，為紀(jì)念他，人們稱這種力為洛倫茲力，即磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)蟲藍(lán)的作用力。
[0003]在學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，均采用洛倫茲力演示儀進(jìn)行洛倫茲力現(xiàn)象的教學(xué)演示。教學(xué)中常用的洛倫茲力演示儀，包括一個(gè)內(nèi)置控制電路的控制盒，控制盒側(cè)表面設(shè)置有控制開(kāi)關(guān)，控制盒上表面形成演示平臺(tái)，還包括豎向間隔設(shè)置在演示平臺(tái)上的兩個(gè)勵(lì)磁線圈，設(shè)置在演示平臺(tái)上兩個(gè)勵(lì)磁線圈中間位置的洛倫茲力管；同時(shí)所述演示平臺(tái)、勵(lì)磁線圈和洛倫茲力管均位于一個(gè)暗箱中，暗箱前端面開(kāi)門形成觀察位。
[0004]現(xiàn)有的這種洛倫茲力演示器中，采用的洛倫茲力管又稱威爾尼特電子管，是一個(gè)直徑為160毫米的大玻璃泡，泡內(nèi)抽成真空后充入一定壓強(qiáng)的惰性氣體。玻璃泡內(nèi)裝一個(gè)電子槍，電子槍和控制電路相連，當(dāng)電子槍加上適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷汉?，便發(fā)出一束電子束。具有一定能量的電子束與惰性氣體分子碰撞，使惰性氣體放光，就能在電子所經(jīng)過(guò)的路徑上看到光跡。其采用的勵(lì)磁線圈又稱亥姆霍茲線圈，這是一對(duì)直徑為280毫米、每只由140匝環(huán)形導(dǎo)線纏繞在塑料圓環(huán)上組成的環(huán)形線圈；兩個(gè)勵(lì)磁線圈同軸放置，間距為140毫米。兩個(gè)線圈串聯(lián)連接，在兩個(gè)線圈軸線中點(diǎn)附近形成勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁感應(yīng)強(qiáng)度B與線圈的電流I成正比。
[0005]洛倫茲力的表達(dá)式為4 =qvBsin Θ，洛倫茲力f洛的大小與磁場(chǎng)B的強(qiáng)弱、電荷運(yùn)動(dòng)的速度V、磁場(chǎng)B和電荷運(yùn)動(dòng)速度V的夾角Θ有關(guān)；洛倫茲力的方向也同磁場(chǎng)和電荷的運(yùn)動(dòng)速度方向有關(guān)。所以當(dāng)洛倫茲力管中調(diào)制的電子束在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用；只需轉(zhuǎn)動(dòng)洛倫茲力管，可以調(diào)整電子運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向的關(guān)系，就能觀察電子束形成的不同運(yùn)動(dòng)軌跡。在該現(xiàn)有儀器中，亥姆霍茲線圈提供勻強(qiáng)磁場(chǎng)，洛倫茲力管產(chǎn)生的電子束在勾強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。同時(shí)由于電子束碰撞惰性氣體分子發(fā)出的光很微弱，為了增強(qiáng)觀察結(jié)果，整個(gè)儀器需裝在木質(zhì)暗箱中，暗箱內(nèi)部涂上無(wú)光黑漆。暗箱也是儀器的外機(jī)箱，整機(jī)固定在暗箱內(nèi)。
[0006]所以，上述現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的洛倫茲力演示儀，存在以下缺陷:其一，因?yàn)橛型庀涞淖璧K，只能在儀器的正前方附近才能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可被觀察的視角范圍太??；其二，可見(jiàn)度差，由于惰性氣體發(fā)光的強(qiáng)度弱，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象需在黑暗環(huán)境中才能觀察，而在正常照明條件下演示時(shí)現(xiàn)象基本不可見(jiàn)；其三，洛倫茲力管是球形的，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，很難直觀的觀察到磁場(chǎng)與電子運(yùn)動(dòng)速度的夾角改變，而洛倫茲力公式中的夾角對(duì)正確認(rèn)識(shí)洛倫茲力非常關(guān)鍵。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型首要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力現(xiàn)象，提高教學(xué)質(zhì)量的洛倫茲力演示儀。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案:
[0009]一種洛倫茲力演示器，包括一個(gè)內(nèi)置控制電路的控制盒，控制盒側(cè)表面設(shè)置有和控制電路相連的控制開(kāi)關(guān)，控制盒上表面形成演示平臺(tái)，還包括豎向間隔設(shè)置在演示平臺(tái)上的兩個(gè)勵(lì)磁線圈，設(shè)置在演示平臺(tái)上兩個(gè)勵(lì)磁線圈中間位置的洛倫茲力管；其特征在于，所述洛倫茲力管為水平設(shè)置的長(zhǎng)條形玻璃管，洛倫茲力管兩端相對(duì)設(shè)置有能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象的正極和負(fù)極，所述正極和負(fù)極通過(guò)電線和控制盒內(nèi)的控制電路相連，所述洛倫茲力管內(nèi)腔中部位置設(shè)置有一張金屬板，金屬板兩側(cè)表面具有熒光粉涂層，所述金屬板長(zhǎng)度方向和所述洛倫茲力管長(zhǎng)度方向傾斜形成一定夾角。
[0010]上述技術(shù)方案中，采用長(zhǎng)條形玻璃管代替圓球形玻璃管，并在洛倫茲力管內(nèi)設(shè)置了傾斜涂抹有熒光粉的金屬板，這樣，當(dāng)靠控制電路給洛倫茲力管兩端的正極和負(fù)極賦予電壓使其放電時(shí)，即有電子從負(fù)極運(yùn)動(dòng)至正極，運(yùn)動(dòng)的電子打到涂了熒光粉的金屬板上，就會(huì)使熒光粉發(fā)光；故能夠在傾斜設(shè)置的金屬板上顯示出電子路徑改變的弧形。其顯示亮度較亮且更加利于調(diào)控，去掉了暗箱以利于觀察。故具有了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力的特點(diǎn)。
[0011]作為優(yōu)化，所述長(zhǎng)條形玻璃管兩端電極之間長(zhǎng)度小于兩個(gè)勵(lì)磁線圈間距，長(zhǎng)條形玻璃管中部位置具有向下延伸的安裝部，且靠安裝部可水平轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在位于演示平臺(tái)上的一個(gè)底座上。這樣，可以方便水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)洛倫茲力管改變電子在磁場(chǎng)中入射角度，以從多角度更直觀的顯示洛倫茲力現(xiàn)象。
[0012]作為優(yōu)化，所述長(zhǎng)條形玻璃管內(nèi)部為真空狀態(tài)。這樣，可以避免玻璃管內(nèi)其他物質(zhì)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)軌跡的干擾，更好地顯示洛倫茲力現(xiàn)象。
[0013]作為優(yōu)化，所述控制開(kāi)關(guān)包括一個(gè)總電源控制開(kāi)關(guān)，還包括一個(gè)能夠控制調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈間的磁場(chǎng)強(qiáng)弱的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)旋鈕(及勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)顯示表盤)，以及一個(gè)能夠改變勵(lì)磁線圈電流方向的勵(lì)磁電流方向換擋開(kāi)關(guān)，和一個(gè)能夠調(diào)節(jié)電極兩端電壓的電壓調(diào)節(jié)旋鈕(及電壓調(diào)節(jié)顯示表盤)。這樣，可以更加方便對(duì)勵(lì)磁電流大小和方向，以及電極電壓等參數(shù)的調(diào)控，以更好地顯示各物理量對(duì)洛倫茲力現(xiàn)象的影響。
[0014]綜上所述，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力現(xiàn)象，提高教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。
[0016]圖2為具體實(shí)施時(shí)一種優(yōu)選控制電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]具體實(shí)施時(shí):如圖1所示，一種洛倫茲力演示器，包括一個(gè)內(nèi)置控制電路的控制盒1，控制盒I側(cè)表面設(shè)置有和控制電路相連的控制開(kāi)關(guān)，控制盒I上表面形成演示平臺(tái)，還包括豎向間隔設(shè)置在演示平臺(tái)上的兩個(gè)勵(lì)磁線圈2，設(shè)置在演示平臺(tái)上兩個(gè)勵(lì)磁線圈2中間位置的洛倫茲力管；其中，所述洛倫茲力管為水平設(shè)置的長(zhǎng)條形玻璃管3，洛倫茲力管兩端相對(duì)設(shè)置有能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象的正極4和負(fù)極5，所述正極4和負(fù)極5通過(guò)電線和控制盒I內(nèi)的控制電路相連，所述洛倫茲力管內(nèi)腔中部位置設(shè)置有一張金屬板7，金屬板7兩側(cè)表面具有熒光粉涂層，所述金屬板7長(zhǎng)度方向和所述洛倫茲力管長(zhǎng)度方向傾斜形成一定夾角。
[0019]這樣，采用長(zhǎng)條形玻璃管代替圓球形玻璃管，并在洛倫茲力管內(nèi)設(shè)置了傾斜涂抹有熒光粉的金屬板，這樣，當(dāng)靠控制電路給洛倫茲力管兩端的正極和負(fù)極賦予電壓使其放電時(shí)，即有電子從負(fù)極運(yùn)動(dòng)至正極，運(yùn)動(dòng)的電子打到涂了熒光粉的金屬板上，就會(huì)使熒光粉發(fā)光；故能夠在傾斜設(shè)置的金屬板上顯示出電子路徑改變的弧形。其顯示亮度較亮且更加利于調(diào)控，去掉了暗箱以利于觀察。故具有了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力的特點(diǎn)。
[0020]其中，所述長(zhǎng)條形玻璃管3兩端電極之間長(zhǎng)度小于兩個(gè)勵(lì)磁線圈2間距，長(zhǎng)條形玻璃管3中部位置具有向下延伸的安裝部，且靠安裝部可水平轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在位于演示平臺(tái)上的一個(gè)底座8上。這樣，可以方便水平旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)洛倫茲力管改變電子在磁場(chǎng)中入射角度，以從多角度更好的顯示洛倫茲力現(xiàn)象。
[0021]其中，所述長(zhǎng)條形玻璃管3內(nèi)部為真空狀態(tài)。這樣，可以避免玻璃管內(nèi)其他物質(zhì)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)軌跡的干擾，更好地顯示洛倫茲力現(xiàn)象。
[0022]其中，所述控制開(kāi)關(guān)包括一個(gè)總電源控制開(kāi)關(guān)9，還包括一個(gè)能夠控制調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈間的磁場(chǎng)強(qiáng)弱的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)旋鈕10 (及勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)顯示表盤11)，以及一個(gè)能夠改變勵(lì)磁線圈電流方向的勵(lì)磁電流方向換擋開(kāi)關(guān)12，和一個(gè)能夠調(diào)節(jié)電極兩端電壓的電壓調(diào)節(jié)旋鈕13 (及電壓調(diào)節(jié)顯示表盤14)。這樣，可以更加方便對(duì)勵(lì)磁電流大小和方向，以及電極電壓等參數(shù)的調(diào)控，以更好地顯示各物理量對(duì)洛倫茲力現(xiàn)象的影響。
[0023]具體實(shí)施時(shí)，所述長(zhǎng)條形玻璃管整體呈中部為圓筒形管，兩端為小直徑端向外的圓錐形管的形狀，金屬板設(shè)置于圓筒形管內(nèi)，這樣，更加利于金屬板的設(shè)置。
[0024]具體實(shí)施時(shí)，所述控制電路可以采用現(xiàn)有常規(guī)電氣領(lǐng)域的控制電路，或者優(yōu)選采用圖2所示的控制電路結(jié)構(gòu)。如圖2所示，該控制電路結(jié)構(gòu)及原理為:電路①部分為直流穩(wěn)壓電路，將220伏的交流電轉(zhuǎn)化為輸出電壓為6V的直流穩(wěn)壓電源；電路②部分的作用是，振蕩電路的三極管BG發(fā)射極上串聯(lián)變壓器初級(jí)線圈L1，在三極管BG基極順序串聯(lián)電阻R、可調(diào)電阻W(對(duì)應(yīng)圖1中的電壓調(diào)節(jié)旋鈕)、發(fā)光二極管LED及初級(jí)線圈L2至直流低壓電源正極，變壓器次極線圈LjJ出端連接倍壓整流器輸入端，該倍壓整流器輸出端分別連接陰極射線管的陰、陽(yáng)兩極。電源開(kāi)關(guān)閉合后，陰極射線管即可工作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種洛倫茲力演示器，包括一個(gè)內(nèi)置控制電路的控制盒，控制盒側(cè)表面設(shè)置有和控制電路相連的控制開(kāi)關(guān)，控制盒上表面形成演示平臺(tái)，還包括豎向間隔設(shè)置在演示平臺(tái)上的兩個(gè)勵(lì)磁線圈，設(shè)置在演示平臺(tái)上兩個(gè)勵(lì)磁線圈中間位置的洛倫茲力管；其特征在于，所述洛倫茲力管為水平設(shè)置的長(zhǎng)條形玻璃管，洛倫茲力管兩端相對(duì)設(shè)置有能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象的正極和負(fù)極，所述正極和負(fù)極通過(guò)電線和控制盒內(nèi)的控制電路相連，所述洛倫茲力管內(nèi)腔中部位置設(shè)置有一張金屬板，金屬板兩側(cè)表面具有熒光粉涂層，所述金屬板長(zhǎng)度方向和所述洛倫茲力管長(zhǎng)度方向傾斜形成一定夾角。
2.如權(quán)利要求1所述洛倫茲力演示器，其特征在于，所述長(zhǎng)條形玻璃管兩端電極之間長(zhǎng)度小于兩個(gè)勵(lì)磁線圈間距，長(zhǎng)條形玻璃管中部位置具有向下延伸的安裝部，且靠安裝部可水平轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在位于演示平臺(tái)上的一個(gè)底座上。
3.如權(quán)利要求1所述的洛倫茲力演示器，其特征在于，所述長(zhǎng)條形玻璃管內(nèi)部為真空狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的洛倫茲力演示器，其特征在于，所述控制開(kāi)關(guān)包括一個(gè)總電源控制開(kāi)關(guān)，還包括一個(gè)能夠控制調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈間的磁場(chǎng)強(qiáng)弱的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)旋鈕，以及一個(gè)能夠改變勵(lì)磁線圈電流方向的勵(lì)磁電流方向換擋開(kāi)關(guān)，和一個(gè)能夠調(diào)節(jié)電極兩端電壓的電壓調(diào)節(jié)旋鈕。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種洛倫茲力演示器，包括一個(gè)內(nèi)置控制電路的控制盒，控制盒側(cè)表面設(shè)置有和控制電路相連的控制開(kāi)關(guān)，控制盒上表面形成演示平臺(tái)，還包括豎向間隔設(shè)置在演示平臺(tái)上的兩個(gè)勵(lì)磁線圈，設(shè)置在演示平臺(tái)上兩個(gè)勵(lì)磁線圈中間位置的洛倫茲力管；所述洛倫茲力管為水平設(shè)置的長(zhǎng)條形玻璃管，洛倫茲力管兩端相對(duì)設(shè)置有能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象的正極和負(fù)極，所述正極和負(fù)極通過(guò)電線和控制盒內(nèi)的控制電路相連，所述洛倫茲力管內(nèi)腔中部位置設(shè)置有一張金屬板，金屬板兩側(cè)表面具有熒光粉涂層，所述金屬板長(zhǎng)度方向和所述洛倫茲力管長(zhǎng)度方向傾斜形成一定夾角。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力現(xiàn)象，提高教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G09B23-18
【公開(kāi)號(hào)】CN204360674
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520041199
【發(fā)明人】張凱
【申請(qǐng)人】張凱
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日