一種洛倫茲力演示器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種物理教學用具；特別是涉及一種洛倫茲力演示器。
【背景技術】
[0002]荷蘭物理學家洛倫茲首先提出了運動電荷產(chǎn)生磁顯和磁顯對運動電荷有作用力的觀點，為紀念他，人們稱這種力為洛倫茲力，即磁場對運動蟲藍的作用力。
[0003]在學校物理實驗教學中，均采用洛倫茲力演示儀進行洛倫茲力現(xiàn)象的教學演示。教學中常用的洛倫茲力演示儀，包括一個內置控制電路的控制盒，控制盒側表面設置有控制開關，控制盒上表面形成演示平臺，還包括豎向間隔設置在演示平臺上的兩個勵磁線圈，設置在演示平臺上兩個勵磁線圈中間位置的洛倫茲力管；同時所述演示平臺、勵磁線圈和洛倫茲力管均位于一個暗箱中，暗箱前端面開門形成觀察位。
[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，是一個直徑為160毫米的大玻璃泡，泡內抽成真空后充入一定壓強的惰性氣體。玻璃泡內裝一個電子槍，電子槍和控制電路相連，當電子槍加上適當?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)過的路徑上看到光跡。其采用的勵磁線圈又稱亥姆霍茲線圈，這是一對直徑為280毫米、每只由140匝環(huán)形導線纏繞在塑料圓環(huán)上組成的環(huán)形線圈；兩個勵磁線圈同軸放置，間距為140毫米。兩個線圈串聯(lián)連接，在兩個線圈軸線中點附近形成勻強磁場，且磁感應強度B與線圈的電流I成正比。
[0005]洛倫茲力的表達式為4 =qvBsin Θ，洛倫茲力f洛的大小與磁場B的強弱、電荷運動的速度V、磁場B和電荷運動速度V的夾角Θ有關；洛倫茲力的方向也同磁場和電荷的運動速度方向有關。所以當洛倫茲力管中調制的電子束在勻強磁場中運動時，會受到洛倫茲力的作用；只需轉動洛倫茲力管，可以調整電子運動方向和磁場方向的關系，就能觀察電子束形成的不同運動軌跡。在該現(xiàn)有儀器中，亥姆霍茲線圈提供勻強磁場，洛倫茲力管產(chǎn)生的電子束在勾強磁場中發(fā)生偏轉。同時由于電子束碰撞惰性氣體分子發(fā)出的光很微弱，為了增強觀察結果，整個儀器需裝在木質暗箱中，暗箱內部涂上無光黑漆。暗箱也是儀器的外機箱，整機固定在暗箱內。
[0006]所以，上述現(xiàn)有結構的洛倫茲力演示儀，存在以下缺陷:其一，因為有外箱的阻礙，只能在儀器的正前方附近才能觀察到實驗現(xiàn)象，實驗現(xiàn)象可被觀察的視角范圍太小；其二，可見度差，由于惰性氣體發(fā)光的強度弱，實驗現(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現(xiàn)象基本不可見；其三，洛倫茲力管是球形的，轉動時，很難直觀的觀察到磁場與電子運動速度的夾角改變，而洛倫茲力公式中的夾角對正確認識洛倫茲力非常關鍵。
【實用新型內容】
[0007]針對上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型首要解決的技術問題是:如何提供一種結構簡單，且能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力現(xiàn)象，提高教學質量的洛倫茲力演示儀。
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型采用了如下的技術方案:
[0009]一種洛倫茲力演示器，包括一個內置控制電路的控制盒，控制盒側表面設置有和控制電路相連的控制開關，控制盒上表面形成演示平臺，還包括豎向間隔設置在演示平臺上的兩個勵磁線圈，設置在演示平臺上兩個勵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置的長條形玻璃管，洛倫茲力管兩端相對設置有能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象的正極和負極，所述正極和負極通過電線和控制盒內的控制電路相連，所述洛倫茲力管內腔中部位置設置有一張金屬板，金屬板兩側表面具有熒光粉涂層，所述金屬板長度方向和所述洛倫茲力管長度方向傾斜形成一定夾角。
[0010]上述技術方案中，采用長條形玻璃管代替圓球形玻璃管，并在洛倫茲力管內設置了傾斜涂抹有熒光粉的金屬板，這樣，當靠控制電路給洛倫茲力管兩端的正極和負極賦予電壓使其放電時，即有電子從負極運動至正極，運動的電子打到涂了熒光粉的金屬板上，就會使熒光粉發(fā)光；故能夠在傾斜設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控，去掉了暗箱以利于觀察。故具有了結構簡單，且能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力的特點。
[0011]作為優(yōu)化，所述長條形玻璃管兩端電極之間長度小于兩個勵磁線圈間距，長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動地安裝在位于演示平臺上的一個底座上。這樣，可以方便水平旋轉調節(jié)洛倫茲力管改變電子在磁場中入射角度，以從多角度更直觀的顯示洛倫茲力現(xiàn)象。
[0012]作為優(yōu)化，所述長條形玻璃管內部為真空狀態(tài)。這樣，可以避免玻璃管內其他物質對電子運動軌跡的干擾，更好地顯示洛倫茲力現(xiàn)象。
[0013]作為優(yōu)化，所述控制開關包括一個總電源控制開關，還包括一個能夠控制調節(jié)勵磁線圈間的磁場強弱的勵磁電流調節(jié)旋鈕(及勵磁電流調節(jié)顯示表盤)，以及一個能夠改變勵磁線圈電流方向的勵磁電流方向換擋開關，和一個能夠調節(jié)電極兩端電壓的電壓調節(jié)旋鈕(及電壓調節(jié)顯示表盤)。這樣，可以更加方便對勵磁電流大小和方向，以及電極電壓等參數(shù)的調控，以更好地顯示各物理量對洛倫茲力現(xiàn)象的影響。
[0014]綜上所述，本實用新型具有結構簡單，能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力現(xiàn)象，提高教學質量的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式的結構示意簡圖。
[0016]圖2為具體實施時一種優(yōu)選控制電路的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0018]具體實施時:如圖1所示，一種洛倫茲力演示器，包括一個內置控制電路的控制盒1，控制盒I側表面設置有和控制電路相連的控制開關，控制盒I上表面形成演示平臺，還包括豎向間隔設置在演示平臺上的兩個勵磁線圈2，設置在演示平臺上兩個勵磁線圈2中間位置的洛倫茲力管；其中，所述洛倫茲力管為水平設置的長條形玻璃管3，洛倫茲力管兩端相對設置有能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象的正極4和負極5，所述正極4和負極5通過電線和控制盒I內的控制電路相連，所述洛倫茲力管內腔中部位置設置有一張金屬板7，金屬板7兩側表面具有熒光粉涂層，所述金屬板7長度方向和所述洛倫茲力管長度方向傾斜形成一定夾角。
[0019]這樣，采用長條形玻璃管代替圓球形玻璃管，并在洛倫茲力管內設置了傾斜涂抹有熒光粉的金屬板，這樣，當靠控制電路給洛倫茲力管兩端的正極和負極賦予電壓使其放電時，即有電子從負極運動至正極，運動的電子打到涂了熒光粉的金屬板上，就會使熒光粉發(fā)光；故能夠在傾斜設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控，去掉了暗箱以利于觀察。故具有了結構簡單，且能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力的特點。
[0020]其中，所述長條形玻璃管3兩端電極之間長度小于兩個勵磁線圈2間距，長條形玻璃管3中部位置具有向下延伸的安裝部，且靠安裝部可水平轉動地安裝在位于演示平臺上的一個底座8上。這樣，可以方便水平旋轉調節(jié)洛倫茲力管改變電子在磁場中入射角度，以從多角度更好的顯示洛倫茲力現(xiàn)象。
[0021]其中，所述長條形玻璃管3內部為真空狀態(tài)。這樣，可以避免玻璃管內其他物質對電子運動軌跡的干擾，更好地顯示洛倫茲力現(xiàn)象。
[0022]其中，所述控制開關包括一個總電源控制開關9，還包括一個能夠控制調節(jié)勵磁線圈間的磁場強弱的勵磁電流調節(jié)旋鈕10 (及勵磁電流調節(jié)顯示表盤11)，以及一個能夠改變勵磁線圈電流方向的勵磁電流方向換擋開關12，和一個能夠調節(jié)電極兩端電壓的電壓調節(jié)旋鈕13 (及電壓調節(jié)顯示表盤14)。這樣，可以更加方便對勵磁電流大小和方向，以及電極電壓等參數(shù)的調控，以更好地顯示各物理量對洛倫茲力現(xiàn)象的影響。
[0023]具體實施時，所述長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，金屬板設置于圓筒形管內，這樣，更加利于金屬板的設置。
[0024]具體實施時，所述控制電路可以采用現(xiàn)有常規(guī)電氣領域的控制電路，或者優(yōu)選采用圖2所示的控制電路結構。如圖2所示，該控制電路結構及原理為: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)變壓器初級線圈L1，在三極管BG基極順序串聯(lián)電阻R、可調電阻W(對應圖1中的電壓調節(jié)旋鈕)、發(fā)光二極管LED及初級線圈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、陽兩極。電源開關閉合后，陰極射線管即可工作。
【主權項】
1.一種洛倫茲力演示器，包括一個內置控制電路的控制盒，控制盒側表面設置有和控制電路相連的控制開關，控制盒上表面形成演示平臺，還包括豎向間隔設置在演示平臺上的兩個勵磁線圈，設置在演示平臺上兩個勵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置的長條形玻璃管，洛倫茲力管兩端相對設置有能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象的正極和負極，所述正極和負極通過電線和控制盒內的控制電路相連，所述洛倫茲力管內腔中部位置設置有一張金屬板，金屬板兩側表面具有熒光粉涂層，所述金屬板長度方向和所述洛倫茲力管長度方向傾斜形成一定夾角。
2.如權利要求1所述洛倫茲力演示器，其特征在于，所述長條形玻璃管兩端電極之間長度小于兩個勵磁線圈間距，長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動地安裝在位于演示平臺上的一個底座上。
3.如權利要求1所述的洛倫茲力演示器，其特征在于，所述長條形玻璃管內部為真空狀態(tài)。
4.如權利要求1所述的洛倫茲力演示器，其特征在于，所述控制開關包括一個總電源控制開關，還包括一個能夠控制調節(jié)勵磁線圈間的磁場強弱的勵磁電流調節(jié)旋鈕，以及一個能夠改變勵磁線圈電流方向的勵磁電流方向換擋開關，和一個能夠調節(jié)電極兩端電壓的電壓調節(jié)旋鈕。
【專利摘要】本實用新型公開了一種洛倫茲力演示器，包括一個內置控制電路的控制盒，控制盒側表面設置有和控制電路相連的控制開關，控制盒上表面形成演示平臺，還包括豎向間隔設置在演示平臺上的兩個勵磁線圈，設置在演示平臺上兩個勵磁線圈中間位置的洛倫茲力管；所述洛倫茲力管為水平設置的長條形玻璃管，洛倫茲力管兩端相對設置有能夠產(chǎn)生放電現(xiàn)象的正極和負極，所述正極和負極通過電線和控制盒內的控制電路相連，所述洛倫茲力管內腔中部位置設置有一張金屬板，金屬板兩側表面具有熒光粉涂層，所述金屬板長度方向和所述洛倫茲力管長度方向傾斜形成一定夾角。本實用新型具有結構簡單，能夠更好地利于演示和觀察洛倫茲力現(xiàn)象，提高教學質量的優(yōu)點。
【IPC分類】G09B23-18
【公開號】CN204360674
【申請?zhí)枴緾N201520041199
【發(fā)明人】張凱
【申請人】張凱
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月21日