電阻定律教學(xué)演示儀的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)演示儀，具體涉及電阻定律教學(xué)演示儀，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在中學(xué)物理課程教學(xué)中，其內(nèi)容可歸納敘述如下：同種材料的導(dǎo)體，其阻值R與它的長(zhǎng)度L成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體電阻與它的材料有關(guān)，寫(xiě)成公式，則是R =ρL/S（Ω）（其中ρ表示導(dǎo)體的電阻率，表征導(dǎo)體的一種特性）。根據(jù)歐姆定律的內(nèi)容：在同一電路中，通過(guò)某段導(dǎo)體的電流跟這段導(dǎo)體兩端電壓成正比、跟這段導(dǎo)體的電阻成反比。要測(cè)量一段導(dǎo)體的電阻值，可以采用間接測(cè)量方法，即先測(cè)量出導(dǎo)體兩端的電壓，以及通過(guò)導(dǎo)體的電流值,歐姆定律U=IR的變形式R=U/I即可求出相應(yīng)的電阻值。上述為中學(xué)物理教學(xué)中測(cè)量和探究電阻定律的實(shí)驗(yàn)原理。而在中學(xué)物理教學(xué)中，電阻定律演示及探究的實(shí)驗(yàn)儀器，常為將四根長(zhǎng)直金屬絲線段固定在長(zhǎng)方形木板上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并外接直流電源、直流電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器和開(kāi)關(guān)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)。由于儀器系統(tǒng)誤差較大，且不能通過(guò)連續(xù)改變電阻絲（導(dǎo)體）的長(zhǎng)度來(lái)直觀地幫助學(xué)生理解電阻定律中，導(dǎo)體長(zhǎng)度與不同材料、截面積之間的關(guān)系，并且操作繁瑣。

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2015年12月2日公開(kāi)了一種公開(kāi)號(hào)為CN204834227U，名稱為“一種教學(xué)用的電阻裝置”的實(shí)用新型專利，該專利包括電阻外殼，所述電阻外殼內(nèi)部設(shè)有第一電阻桿、第二電阻桿與第三電阻桿，所述第三電阻桿上設(shè)有滑輪，所述滑輪與滑桿下端相連接，所述滑桿上端與滑套相連接，所述滑套套在導(dǎo)向桿相連接，所述第一電阻桿、第二電阻桿、第三電阻桿與導(dǎo)向桿兩端均設(shè)有通用接口。國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2016年1月20日公開(kāi)了一種公開(kāi)號(hào)為CN204991325U，名稱為“一種教學(xué)用電阻器”的實(shí)用新型專利，該專利包括電阻器外殼，所述電阻器外殼內(nèi)部設(shè)有第一電阻裝置、第二電阻裝置，所述第一電阻裝置、第二電阻裝置之間通過(guò)若干個(gè)固定柱相連接，所述第一電阻裝置包括第一絕緣層、第一電阻，所述第二電阻裝置包括第二絕緣層、第二電阻，所述第一電阻裝置兩端上設(shè)有第一插口，所述第二電阻裝置兩端上設(shè)有第二插口。但不足之處為，此2件實(shí)用新型均不能通過(guò)連續(xù)改變電阻絲（導(dǎo)體）的長(zhǎng)度來(lái)直觀地幫助學(xué)生理解電阻定律中，導(dǎo)體長(zhǎng)度與不同材料、截面積之間的關(guān)系，并且操作繁瑣，系統(tǒng)誤差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，電阻定律教學(xué)演示儀存在的不能通過(guò)連續(xù)改變電阻絲（導(dǎo)體）的長(zhǎng)度來(lái)直觀地幫助學(xué)生理解電阻定律，不能直觀理解導(dǎo)體長(zhǎng)度與不同材料、截面積之間的關(guān)系，操作繁瑣，系統(tǒng)誤差較大的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種新的電阻定律教學(xué)演示儀，通過(guò)呈圓弧形的電阻絲、劃片、數(shù)顯電流表、數(shù)顯電壓表等設(shè)置，來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻定律實(shí)驗(yàn)數(shù)字化、連續(xù)化和直觀化的效果。

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

電阻定律教學(xué)演示儀，其特征在于：包括豎直設(shè)置的安裝面板，所述安裝面板的正面設(shè)有數(shù)顯電流表、數(shù)顯電壓表、電阻器、電路開(kāi)關(guān)和滑動(dòng)變阻器，所述電阻器包括設(shè)置呈圓弧形的電阻絲、劃片、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和接線軸，電阻絲連接在接線軸上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)于呈圓弧形的電阻絲的圓心處。

所述安裝面板上設(shè)有對(duì)應(yīng)于電阻絲長(zhǎng)度的刻度。

所述的電阻絲包括從外到內(nèi)依次設(shè)置的第一電阻絲、第二電阻絲和第三電阻絲，三根電阻絲之間等距離排布，所述第一電阻絲上的接線軸設(shè)于第一電阻絲的兩末端處；所述第二電阻絲上的接線軸設(shè)于第二電阻絲的中間和兩末端處，中間的接線軸將第二電阻絲等分成第二電阻絲 Ⅰ和第二電阻絲 Ⅱ；所述第三電阻絲上的接線軸設(shè)于第三電阻絲的中間和兩末端處，中間的接線軸將第三電阻絲等分成第三電阻絲 Ⅰ和第三電阻絲 Ⅱ。

所述第一電阻絲直徑為0.3mm的鎳鉻金屬絲；所述第二電阻絲 Ⅰ為直徑為0.3mm的鎳鉻金屬絲，第二電阻絲 Ⅱ?yàn)橹睆綖?.5mm的鎳鉻金屬絲；第三電阻絲 Ⅰ為直徑為0.3mm的鎳鉻金屬絲，第三電阻絲 Ⅱ?yàn)橹睆綖?.3mm的康銅金屬絲。

所述劃片一端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，另一端在電阻絲上滑動(dòng)。

所述安裝面板背面設(shè)有儀器控制器，儀器控制器上設(shè)有儀器控制器開(kāi)關(guān)，儀器控制器包括電源適配器、控制系統(tǒng)。

所述的安裝面板下端設(shè)置有支柱。

本實(shí)用新型在電阻定律演示過(guò)程中：首先，將安裝面板的正面朝向?qū)W生，在安裝面板的背面打開(kāi)儀器控制器開(kāi)關(guān)，再將安裝面板上的數(shù)顯電流表、數(shù)顯電壓表、電阻器、電路開(kāi)關(guān)和滑動(dòng)變阻器之間連通電路；其次，閉合電路開(kāi)關(guān)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)劃片，使劃片在不同電阻絲上滑動(dòng)，以測(cè)出對(duì)應(yīng)的電阻值；最后，通過(guò)控制系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、轉(zhuǎn)化、分析、顯示，并通過(guò)連續(xù)改變電阻絲（導(dǎo)體）的長(zhǎng)度來(lái)直觀地幫助學(xué)生理解電阻定律中，導(dǎo)體長(zhǎng)度與不同材料、截面積之間的關(guān)系，理解電阻定律。在此過(guò)程中，電阻絲可以自由取下或更換。同時(shí)，在做第三電阻絲實(shí)驗(yàn)時(shí)，劃片可以在電阻絲上滑動(dòng)，以改變電阻絲的長(zhǎng)度或材料；在做第二電阻絲實(shí)驗(yàn)時(shí)，取下第三電阻絲，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上換對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的劃片，以改變電阻絲的橫截面積；在做第一電阻絲實(shí)驗(yàn)時(shí)，取下第二、三電阻絲，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上換對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的劃片，以改變電阻絲的長(zhǎng)度，得出電阻值。在演示過(guò)程中，電路導(dǎo)線設(shè)置在安裝面板內(nèi)，為隱線安裝，從而方便學(xué)生清晰、簡(jiǎn)潔的觀察實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)用新型帶來(lái)的有益效果如下：

1.在本實(shí)用新型中，安裝面板的豎直方向設(shè)置，打破傳統(tǒng)的電阻定律電路圖，使電阻定律教學(xué)演示儀總體縱向設(shè)置，具有整體性，并使學(xué)生清楚、直觀觀察實(shí)驗(yàn)演示過(guò)程，提高教學(xué)質(zhì)量。

在本實(shí)用新型中，將需要測(cè)量的電流值和電壓值用數(shù)顯電流表和電壓表進(jìn)行測(cè)量，而代替原有的指針式電壓電流表的測(cè)量?jī)x器，進(jìn)而其實(shí)驗(yàn)誤差較采用傳統(tǒng)的電流表和電壓表要小，因此得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也更準(zhǔn)確和科學(xué)合理，最終達(dá)到數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)字化。

在本實(shí)用新型中，電阻絲為圓弧形設(shè)置，給人整體統(tǒng)一的感覺(jué)，方便學(xué)生理解電阻定律，且將圓的弧長(zhǎng)作為電阻絲的長(zhǎng)度，并在圓周外側(cè)即安裝面板上將長(zhǎng)度標(biāo)出，可方便用來(lái)驗(yàn)證電阻值的大小與導(dǎo)體長(zhǎng)度的關(guān)系，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)更加簡(jiǎn)便。

2.在現(xiàn)有技術(shù)中，將待測(cè)電阻絲固定在一塊平板上，在電阻絲兩端固定在接線軸，實(shí)驗(yàn)時(shí)，即需要選用電壓表和電流表分別接在待測(cè)電阻絲兩端進(jìn)行測(cè)量，待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄好后拆下接入的電壓表和電流表，再進(jìn)行對(duì)下一段待測(cè)電阻絲的測(cè)量，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程反復(fù)操作，復(fù)雜且顯得混亂。而在本實(shí)用新型中，所設(shè)置實(shí)驗(yàn)部分電路可巧妙地固定起來(lái)而不影響實(shí)驗(yàn)的操作，使得原來(lái)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)步驟變得簡(jiǎn)單，能節(jié)約課堂時(shí)間，有效提高課堂效率。

3.在本實(shí)用新型中，電阻器中劃片的設(shè)置，用來(lái)改變接入電路中的呈圓弧狀電阻絲的長(zhǎng)度，克服了原有的實(shí)驗(yàn)儀器無(wú)法連續(xù)改變電阻絲長(zhǎng)度的缺點(diǎn)，使得實(shí)驗(yàn)時(shí)可以測(cè)量多組數(shù)據(jù)，使學(xué)生能形象地理解在同一材料和同一截面積條件下電阻絲長(zhǎng)度變化與電阻率變化的關(guān)系等物理概念，進(jìn)而得出更客觀科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最終達(dá)到數(shù)據(jù)測(cè)量連續(xù)化。

4.在本實(shí)用新型中，安裝面板背面設(shè)有儀器控制器，而儀器控制器上還包括儀器控制器開(kāi)關(guān)、電源開(kāi)關(guān)和電源適配器。儀器控制器的設(shè)置，將電阻定律演示實(shí)驗(yàn)智能化，使實(shí)驗(yàn)可控制，也使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可記錄、可采集、可顯示、可分析，最終直觀的展示給學(xué)生，使學(xué)生思路清晰，而達(dá)到高質(zhì)量教學(xué)。

5.在本實(shí)用新型中，支柱的設(shè)置，支撐安裝面板，方便安裝面板的移動(dòng)；同時(shí)，并實(shí)合在課堂教學(xué)中作為教師邊講邊演示的儀器進(jìn)行教學(xué)。

附圖說(shuō)明

圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖

圖2本實(shí)用新型右視圖

圖3本實(shí)用新型控制系統(tǒng)電路原理設(shè)計(jì)框圖

圖4本實(shí)用新型電阻率測(cè)量電路連接原理圖（一）

圖5本實(shí)用新型電阻率測(cè)量電路連接原理圖（二）

圖中，1、安裝面板， 2、數(shù)顯電壓表，3、數(shù)顯電流表，4、電阻器，5、電阻絲，501、第一電阻絲，502、第二電阻絲，503、第三電阻絲，6、劃片，7、轉(zhuǎn)動(dòng)軸，8、接線軸，9、電路開(kāi)關(guān)10、滑動(dòng)變阻器，11、儀器控制器開(kāi)關(guān)，12、儀器控制器，13、支柱。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

實(shí)施例一

電阻定律教學(xué)演示儀，包括豎直設(shè)置的安裝面板1，所述安裝面板1的正面設(shè)有數(shù)顯電流表3、數(shù)顯電壓表2、電阻器4、電路開(kāi)關(guān)9和滑動(dòng)變阻器10，所述電阻器4包括設(shè)置呈圓弧形的電阻絲5、劃片6、轉(zhuǎn)動(dòng)軸7和接線軸8，電阻絲5連接在接線軸8上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸7設(shè)于呈圓弧形的電阻絲5的圓心處。所述安裝面板1上設(shè)有對(duì)應(yīng)于電阻絲5長(zhǎng)度的刻度。所述的電阻絲5包括從外到內(nèi)依次設(shè)置的第一電阻絲501、第二電阻絲502和第三電阻絲503，三根電阻絲5之間等距離排布，所述第一電阻絲501上的接線軸8設(shè)于第一電阻絲501的兩末端處；所述第二電阻絲502上的接線軸8設(shè)于第二電阻絲502的中間和兩末端處，中間的接線軸8將第二電阻絲502等分成第二電阻絲502 Ⅰ和第二電阻絲502 Ⅱ；所述第三電阻絲503上的接線軸8設(shè)于第三電阻絲503的中間和兩末端處，中間的接線軸8將第三電阻絲503等分成第三電阻絲503Ⅰ和第三電阻絲503 Ⅱ。所述第一電阻絲501直徑為0.3mm的鎳鉻金屬絲；所述第二電阻絲5025Ⅰ為直徑為0.3mm的鎳鉻金屬絲，第二電阻絲502 Ⅱ?yàn)橹睆綖?.5mm的鎳鉻金屬絲；第三電阻絲503Ⅰ為直徑為0.3mm的鎳鉻金屬絲，第三電阻絲503 Ⅱ?yàn)橹睆綖?.3mm的康銅金屬絲。所述劃片6一端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸7上，另一端在電阻絲5上滑動(dòng)。所述安裝面板1背面設(shè)有儀器控制器12，儀器控制器12上設(shè)有儀器控制器開(kāi)關(guān)11，儀器控制器12包括電源適配器、控制系統(tǒng)。所述安裝面板1下端設(shè)置有支柱13。

實(shí)施例二

如圖1、圖2所示：以電阻器4上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸7為圓心，將0.3mm的鎳鉻金屬絲固定在最外圈上，為第一電阻絲501，并將對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)刻度標(biāo)識(shí)在安裝面板1上；第二電阻絲502為0.3mm的鎳鉻金屬絲和0.5mm的鎳鉻金屬絲，且分別固定在兩半圓弧上；最內(nèi)圈則為0.3mm的鎳鉻金屬絲和0.3mm的康銅金屬絲，且分別固定在兩半圓弧上，為第三電阻絲503。將電路開(kāi)關(guān)9、電阻器4、滑動(dòng)變阻器10、數(shù)顯電流表3、數(shù)顯電壓表2固定在安裝面板1的正面，能方便的控制開(kāi)關(guān)和讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，安裝面板1背面設(shè)有儀器控制器12，儀器控制器12上設(shè)有儀器控制器12開(kāi)關(guān)11，儀器控制器12包括電源適配器、控制系統(tǒng)。將電源適配器、滑動(dòng)變阻器10和電路開(kāi)關(guān)9串聯(lián)在電路中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸7連接數(shù)顯電流表3正極，數(shù)顯電流表3的負(fù)極與電源適配器的負(fù)極相連，將數(shù)顯電流表3串聯(lián)進(jìn)電路中。從電阻器4出來(lái)的導(dǎo)線與數(shù)顯電壓表2的正接線柱相連，轉(zhuǎn)動(dòng)軸7與數(shù)顯電壓表2負(fù)極相連，將數(shù)顯電壓表2并聯(lián)進(jìn)電路中。有了以上的設(shè)置，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，則僅只改變從電阻器4處引出以及從圓心處接線軸8引出的兩根接線至合適的位置就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)施例三

在驗(yàn)證電阻值大小與導(dǎo)體長(zhǎng)度的關(guān)系實(shí)施例中：控制導(dǎo)體的材料和橫截面積相同，從而探究電阻值與導(dǎo)體長(zhǎng)度的關(guān)系，將最外圈即第一電阻絲501直徑為0.3mm的鎳鉻金屬絲接入電路，通過(guò)劃片6改變電阻絲5接入電路的長(zhǎng)度，將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理進(jìn)而得出導(dǎo)體電阻與長(zhǎng)度成正比的結(jié)論。

實(shí)施例四

在驗(yàn)證電阻值的大小與導(dǎo)體的橫截面積的關(guān)系實(shí)施例中：控制導(dǎo)體的材料和長(zhǎng)度相同，從而探究電阻與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系，將最內(nèi)圈的左右兩段鎳鉻金屬絲先后接入電路，可測(cè)量不同橫截面積導(dǎo)體的電阻，將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理進(jìn)而得出導(dǎo)體電阻與橫截面積成反比的結(jié)論。

實(shí)施例五

在驗(yàn)證電阻值的大小與導(dǎo)體的材料有關(guān)實(shí)施例中：控制導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面積相同，從而探究電阻與導(dǎo)體材料的關(guān)系，將內(nèi)圈的左右兩段鎳鉻金屬絲和康銅金屬絲先后接入電路，將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得出導(dǎo)體電阻與材料有關(guān)的結(jié)論。

實(shí)施例六

如圖4所示：當(dāng)改變劃片6繞轉(zhuǎn)動(dòng)接線軸8O處轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在abc段電阻絲5圓弧上的任意位置，如在b點(diǎn)時(shí)，可用數(shù)顯電壓表2測(cè)量ab段電阻絲5兩端的電壓，用數(shù)顯電流表3測(cè)量流過(guò)ab段電阻絲5的電流，由公式U=IR得ab段電阻絲5的電阻R，當(dāng)已知ab段電阻絲5弧長(zhǎng)L和ab段電阻絲5的直徑d時(shí)，可由ρ=RS/L（S為電阻絲5橫截面積，S=πd2），以此方法可求得待測(cè)電阻絲5的電阻率ρ。

如圖5所示：當(dāng)劃片6繞轉(zhuǎn)動(dòng)接線軸8O處轉(zhuǎn)動(dòng)，直接滑動(dòng)到達(dá)電阻絲5c點(diǎn)時(shí)，可測(cè)量abc整段電阻絲5，方法同上，當(dāng)abc段電阻絲5接入不同材料的電阻絲5時(shí)，采用此電路圖聯(lián)接方式，可探究測(cè)量得出不同整段電阻絲5在不同電源電壓改變條件下時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓、電流值，進(jìn)而驗(yàn)證電阻定律。