一种双气阀磁吸式焦耳定律实验仪的制作方法

1.本实用新型涉及一种实验仪器教具，尤其涉及一种双气阀磁吸式焦耳定律实验仪。


背景技术：

2.焦耳定律是初中物理的重点教学内容之一。目前在课堂上教师一般会采用焦耳定律实验仪进行演示，让学生更加明显、直观地认识电流的热效应，并通过分析实验数据推理得出焦耳定律。传统的焦耳定律实验仪一般采用液体受热升温的原理，将演示电路中的电阻丝浸泡在测试液体中（一般采用煤油），闭合演示电路使电阻丝通电发热，然后通过测量测试液体的温度上升来演示电流的热效应。为了实验的安全性，目前一些焦耳定律实验仪改为利用气体受热膨胀的原理，在u型管内注入液体并保持两边水位高度一致，然后将烧瓶的瓶口与u型管的一端通过导管连接，当烧瓶内的电阻丝通电发热使烧瓶内的空气膨胀时，使u型管两边水位产生高度差。
3.在实际的课堂演示中，上述焦耳定律实验仪存在着以下缺陷：（1）整个实验除了烧瓶，再加上演示电路所需要的电源、电流表、电压表等电路实验装置，整个实验仪占据了非常大的空间，搬运起来也十分麻烦；（2）在实验过程中，一般会采用至少两个电阻丝进行实验对比，用赖测试不同阻值、不同材质的电阻丝通电后的发热量的影响，因此根据实验需要至少两个烧瓶，进一步提高实验仪所占用的空间；（3）在实验时需要将连入演示电路的电阻丝装进烧瓶，然后要检测烧瓶的气密性，组装过程十分繁琐，需要花费教师更多的课前准备时间；（4）在演示过程中，教师只能将实验仪放置在讲台上进行实验演示，学生如果需要更加清楚的观看演示效果需要上前到讲台处，影响课堂教学质量。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的问题是提供一种双气阀磁吸式焦耳定律实验仪，这种双气阀磁吸式焦耳定律实验仪占用空间小，方便搬运和组装，同时能够让教师更方便的进行课堂演示，提高实验的演示效果。采用的技术方案如下：
5.一种双气阀磁吸式焦耳定律实验仪，包括基板、电源、开关和电阻丝，电源、开关和电阻丝均设置在基板的表面上并通过导线依次串联形成回路，其特征在于：所述双气阀磁吸式焦耳定律实验仪还包括至少一个实验单元，实验单元包括u型管、导管、三通接头、调平阀、通气阀和密封盖；密封盖紧密盖在所述基板的表面上使密封盖与基板之间形成一个密封腔，所述电阻丝处在密封腔内；u型管设置在基板的表面上，三通接头包括第一接口、第二接口和第三接口，u型管的其中一个端口与第一接口连接，调平阀安装在第二接口处，导管的一个端口通过通气阀与第三接口相连通，导管的另一个端口与密封腔相通；所述基板的背面上设有多块磁性件。
6.上述基板上通常设有多个用于导线插接的接口，电源、开关、电阻丝通过导线与相应接口的插接依次串联形成回路，同时还可以根据需要更换不同阻值、不同材质的电阻丝。
当有多个电阻丝和多个实验单元时，根据实验要求，每个密封腔内设置至少一个电阻丝，处在同个密封腔内的多个电阻丝之间、或者处在不同密封腔内的一个或多个电阻丝之间，可以采用串联或者并联的方式。回路上一般还串联有电流表，电源处一般还并联有电压表，以便测试相应的电学数据。
7.上述调平阀用于在实验前调节u型管两侧液面相平， u型管的另一个端口均处在常规环境中。
8.上述磁性件均与设置在基板的边缘，将基板吸附在磁性黑板上，磁性件可以是磁片或者磁块。
9.下面简述所述双气阀磁吸式焦耳定律实验仪的操作及演示步骤：
10.（1）选择固定数值的电阻丝安装在基板上，并通过导线将电源、开关和电阻丝串联成回路，然后将密封盖盖住电阻丝，使电阻丝处在密封腔内；
11.（2）将三通接头的第一接口插接在u型管其中一个端口，u型管的另一个端口处在常规环境中，将调平阀安装至三通接头的第二接口、通气阀安装至三通接头的第三接口；导管的一个端口通过通气阀与第三接口相连通，导管的另一个端口与密封腔相通；
12.（3）往u型管中注入液体，打开通气阀和调平阀，利用调节阀调节u型管两边液面至相平，然后关闭调平阀；
13.（4）将基板通过设置在其背面的磁性件吸附到磁性黑板上；闭合开关使回路导通，使电阻丝通电发热，u型管两侧液面发生高度差；
14.（5）一定时间之后断开开关，关闭通气阀，使u型管内的两侧液面高度变化不受密封腔内气体冷缩影响，至此演示完毕。
15.为了演示效果更加清晰，上述u型管中的水可以采用其他有色液体代替。
16.作为本实用新型的优选方案，所述基板表面上设有与所述密封盖的盖口相匹配的连接部。该连接部用于使密封盖的盖口与基板的表面之间的连接更加紧密，降低外部环境对盖内气压变化的影响。连接部可以是一个与密封盖的盖口相匹配的凸环，密封盖的盖口与凸环相卡接；也可以是一个与密封盖的盖口相匹配的环形插槽，密封盖的盖口边缘相应的插接在环形插槽中。
17.为了提高密封效果，作为本实用新型进一步的优选方案，所述密封盖的盖口边沿还设有密封圈。
18.作为本实用新型的优选方案，所述基板在所述电阻丝的对应位置上设有第一通孔，在所述通气阀对应的位置上设有第二通孔；所述导管的下端穿过第一通孔与所述密封腔相连通，导管的上端穿过第二通孔与通气阀相连接。
19.作为本实用新型的优选方案，所述基板包括第一基板和第二基板，所述电阻丝和所述实验单元设置在第一基板上，所述电源和开关设置在第二基板上。将基板分拆为两块，降低单块基板的总重量，一方面为了搬运和演示的便利，同时还降低单个基板吸附在磁性黑板上时所受到的自身重力，能够更稳地吸附在磁性黑板上。
20.为了能够更加清楚的进行实验对比，作为本实用新型的优选方案，所述实验单元的数量为两个。在进行实验演示时，两个实验单元由同一个开关进行控制，可以同时看到两个不同的电阻丝发热时u型管中的液面对比。
21.本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
22.（1）本实用新型双气阀磁吸式焦耳定律实验仪采用带有多块磁性件的基板，在操作和演示时可以将基板吸附在磁性黑板上，可以面向整间教室进行演示，不占用讲台的空间，提高实验的演示效果；
23.（2）本实用新型双气阀磁吸式焦耳定律实验仪的电源、开关、电阻丝和实验单元均设置在基板上，同时还不必携带传统实验仪中所需要的烧杯等器皿，降低整个实验仪的占用空间，搬运十分方便；在使用时只需将导线插接到基板上相应的接口即可，组装起来也十分方便；
24.（3）利用气体受热膨胀的原理，将电阻丝通电发热后空气膨胀挤压u型管中的液体导致u型管两边液面产生高度差，根据气体的膨胀反映电阻丝所释放的热量，比利用液体升温反映电阻丝释放热量的传统实验仪具有更高的安全性；
25.（4）当需要更换不同阻值、不同材质的电阻丝时，只需要拆下密封盖，将电阻丝从基板上拆下更换即可，操作更加方便；而当实验结束后断开开关、关闭通气阀，还能让u型管内的两侧液面高度变化不受密封腔内气体冷缩影响，更加便于教室进行课堂讲解。
附图说明
26.图1为本实用新型优选实施方式实施例一的结构示意图；
27.图2为图1的后视图；
28.图3为本实用新型优选实施方式实施例一的电路示意图；
29.图4为本实用新型优选实施方式实施例二的电路示意图；
30.图5为本实用新型优选实施方式实施例三的电路示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图和本实用新型的优选实施方式做进一步的说明。
32.实施例一
33.如图1至图3所示，一种双气阀磁吸式焦耳定律实验仪，包括第一基板1、第二基板2、电源3、开关4、两个不同阻值的电阻丝r1和电阻丝r2、以及两个实验单元5，第一基板1和第二基板2的背面边沿上均匀设有多块磁片6；电阻丝r1、电阻丝r2以及两个实验单元5设置在第一基板1上，电源3和开关4设置在第二基板2上，第一基板1和第二基板2上设有多个用于导线7插接的接口8，电阻丝r1、电阻丝r2通过导线7与相应接口8的插接与电源3、开关4分别串联形成回路（即电阻丝r1与电阻丝r2并联，用以演示在相同的电压条件下不同阻值的电阻丝的发热情况），回路上一般还串联有电流表a，电源3处一般还并联有电压表v；实验单元5包括u型管501、导管502、三通接头503、调平阀504、通气阀505和密封盖506；第一基板1表面上设有与一个与密封盖506的盖口相匹配的环形插槽507，密封盖506的盖口边缘相应的插接在环形插槽507中，密封盖506的盖口边沿还设有密封圈（图中未标示），使得密封盖506紧密盖在第一基板1的表面上，使密封盖506与基板之间形成一个密封腔（图中未标示），电阻丝r1、电阻丝r2分别处在相应的密封腔内；u型管501设置在基板的表面上，三通接头503包括第一接口5031、第二接口5032和第三接口5033，u型管501的其中一个端口与第一接口5031连接，调平阀504安装在第二接口5032处；第一基板1在电阻丝r1、电阻丝r2对应位置上各设有一个第一通孔101，在两个通气阀505对应的位置上各设有一个第二通孔102，导管502的
下端穿过相应第一通孔101与对应的密封腔相连通，导管502的上端穿过相应的第二通孔102并通过对应的通气阀505与相应的第三接口5033相连通。
34.下面结合附图对本实用新型双气阀磁吸式焦耳定律实验仪的操作及演示步骤做进一步说明：
35.（1）将不同阻值的电阻丝r1、电阻丝r2安装在第一基板1上，并通过导线7将电源3、开关4和电阻丝按照图3所示的电路图串联成回路，开关4保持断开；然后将两个密封盖506分别盖住电阻丝r1、电阻丝r2，使电阻丝r1、电阻丝r2处在相应密封腔内；
36.（2）将两个三通接头503的第一接口5031分别插接在对应的u型管501其中一个端口，u型管501的另一个端口处在常规环境中，将调平阀504安装至三通接头503的第二接口5032、通气阀505安装至三通接头503的第三接口5033；导管502的一个端口通过通气阀505与第三接口5033相连通，导管502的另一个端口与密封腔相通；
37.（3）往u型管501中注入液体（一般注入水），打开相应的通气阀505和调平阀504，利用调节阀分别调节两个u型管501的两边液面至相平，然后关闭调平阀504；
38.（4）将第一基板1、第二基板2吸附到磁性黑板上；闭合开关4使回路导通，使电阻丝r1、电阻丝r2通电发热，两个u型管501的两侧液面均产生高度差；
39.（5）一定时间之后断开开关4，关闭通气阀505，使u型管501内的两侧液面高度变化不受密封腔内气体冷缩影响，至此演示完毕。
40.本实用新型双气阀磁吸式焦耳定律实验仪采用带有多块磁性件的第一基板1和第二基板2，降低单块基板的总重量，一方面为了搬运和演示的便利，在操作和演示时可以将第一基板1和第二基板2吸附在磁性黑板上，可以面向整间教室进行演示，不占用讲台的空间，提高实验的演示效果，另一方面还降低单块基板吸附在磁性黑板上时所受到的自身重力，能够更稳地吸附在磁性黑板上。
41.本实用新型双气阀磁吸式焦耳定律实验仪的电源3、开关4、电阻丝和实验单元5均设置在基板上，同时还不必携带传统实验仪中所需要的烧杯等器皿，降低整个实验仪的占用空间，搬运十分方便，而在使用时只需将导线7插接到第一基板1、第二基板2上相应的接口8即可，组装起来也十分方便；当需要更换不同阻值、不同材质的电阻丝时，只需要拆下密封盖506，将电阻丝从第一基板下拆下更换即可，操作更加方便；而当实验结束后断开开关4、关闭通气阀505，还能让u型管501内的两侧液面高度变化不受密封腔内气体冷缩影响，更加便于教室进行课堂讲解。另外，两个实验单元5均由开关4进行同时控制，可以同时看到两个不同的电阻丝r1、电阻丝r2发热时u型管501中的液面对比。
42.实施例二
43.在其他部分均与实施例一相同的情况下，其区别在于：如图4所示，电阻丝r1和电阻丝r2通过导线7与相应接口8的插接与电源3、开关4串联形成回路，即电阻丝r1和电阻丝r2之间为串联，用以演示在相同的电流条件下不同阻值的电阻丝的发热情况。
44.实施例三
45.在其他部分均与实施例一相同的情况下，其区别在于：如图5所示，所述双气阀磁吸式焦耳定律实验仪包括电阻丝r1、电阻丝r2和电阻丝r3，其中电阻丝r1处在一个密封腔内，电阻丝r2和电阻丝r3并联处在另一个密封腔内，即电阻丝r2和电阻丝r3并联后再与电阻丝r1串联。
46.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。