專利名稱：電磁波空間分布演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及教學(xué)儀器。更具體地說，本發(fā)明涉及電磁波空間分布演示儀。
背景技術(shù)：
實驗教學(xué)作為現(xiàn)代科學(xué)教育體系中的重要組成部分。由于其具有直觀、互動等特點，因此在實際教學(xué)中越來越受到重視。但是，在現(xiàn)有的實驗教學(xué)中特別是在電、磁、波等物理現(xiàn)象的特性演示過程中，這些物理現(xiàn)象本身的特性不能通過視覺直接觀測，故需要借助于其它的手段來進行演示。對用于演示電磁波的儀器而言，目前公知的實驗儀器主要是EM-I型電磁波演示儀。但是，現(xiàn)有技術(shù)的這種電磁波演示儀只能演示電磁波在某個點的性質(zhì)，而不能將某段空間里整段電磁波的強弱和方向等演示出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之ー是要提供一種能夠較為直觀地演示電磁波空間分布等特性的裝置。本發(fā)明提出了一種電磁波空間分布演示儀，其中包括電磁波發(fā)生裝置，包括電磁波發(fā)生電路和發(fā)射部分天線；以及電磁波接收裝置，包括多個接收天線以及與接收天線連接的發(fā)光裝置。電磁波發(fā)生電路主要是由電子管、電阻和電感線圈組成的高頻振蕩電路。電子管產(chǎn)生高頻振蕩，通過發(fā)射天線與振蕩回路的耦合，在發(fā)射天線周圍產(chǎn)生電磁場。在本發(fā)明的一種實施方式中，電磁波發(fā)生裝置還可以包括罩住電磁波發(fā)生電路和發(fā)射天線的保護罩。保護罩既可以減少周圍人和儀器受到的干擾，也可以保護儀器內(nèi)部電路。保護罩上開設(shè)多個散熱孔。在本發(fā)明的一種實施方式中，發(fā)光裝置可以采用例如小燈泡的發(fā)光裝置，該燈泡安裝于橫梁上連接接收天線的燈泡底座，小燈泡的亮暗程度反映了電流的大小程度，從而反映了電場的強度。觀察者通過觀察接收裝置上不同空間位置的小燈泡的亮暗，就可直觀地了解電磁場的空間分布情況。電磁波空間接收裝置還可以包括安裝接收天線的橫梁，橫梁上安裝有直接連接接收天線的支座(燈泡底座)，接收天線采用可調(diào)節(jié)長度的拉桿天線。拉桿天線分為天線底端 部分和抽拉部分，天線底端部分可以與抽拉部分成90度角，天線底端部分與抽拉部分采用可旋轉(zhuǎn)連接，使得抽拉部分可以在垂直于天線底端部分的平面上旋轉(zhuǎn)。天線底端部分和支座可以熔接等方式形成為一體，也可以采用可拆卸連接式構(gòu)造，可拆卸連接的結(jié)構(gòu)更加靈活，便于調(diào)整。拉桿天線可以調(diào)節(jié)長度，從而調(diào)整接收波長，而且可以旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)實驗的需要。在本發(fā)明的一種實施方式中，在橫梁上表面沿長度方向形成有導(dǎo)軌，所述支座可以沿導(dǎo)軌移動。由干支座與天線底端部分連接，接收天線可以隨著支座在橫梁上平行移動，從而在不同位置演示。在本發(fā)明的一種實施方式中，天線可以按照如下規(guī)律設(shè)置。橫梁上沿長度方向每隔一定距離依次開有若干組槽 ，這段距離為天線底端可活動部分長度的I 2倍。移動天線低端部分，可以改變天線在橫梁上的位置，做到能演示橫梁上任意位置的電磁波現(xiàn)象。設(shè)置該槽間距離的考慮是，由于天線無法演示沒有開設(shè)槽的位置的現(xiàn)象，所以可以通過彎曲天線低端可彎曲部分，使得無槽處位置現(xiàn)象也可以演示。另ー方面，如果未開設(shè)槽的部分的長度大于天線底端可活動部分長度的兩倍，則即使彎曲可活動部分，天線也不能達到在該位置，從而無法演示該處的現(xiàn)象。另ー方面，還要考慮開槽對橫梁的強度的影響，因此選擇槽之間的距離為槽長度I 2倍是適宜的。每組槽包括兩個平行槽，接收天線每兩根ー組，相互平行，天線底端可活動部分通過緊固裝置分別可拆卸的安裝于兩道平行槽上，在每組兩根接收天線之間的支座上設(shè)置與天線電連接的燈泡。在本發(fā)明的一種實施方式中，接收裝置還包括分別位于接收裝置橫梁上的發(fā)射天線和反射天線，以及兩根連接線；發(fā)射天線和反射天線可以采用兩根平行的屏蔽線，一端固定在橫梁前端，另一端固定在橫梁后端，所述發(fā)射部分天線和反射天線首端之間和尾端之間分別由連接線連接。連接線可均也可采用屏蔽線。使用屏蔽線可以避免外界的信號干擾，同時降低電磁信號的損耗。根據(jù)本發(fā)明的電磁波空間分布演示儀，由發(fā)射管產(chǎn)生高頻振蕩，再通過發(fā)射天線與振蕩回路的耦合，在發(fā)射天線上引起感應(yīng)電流，在發(fā)射天線的周圍產(chǎn)生很強的電磁場。由于發(fā)射電路是開放電路，電磁場暴露于空間中，有利于電磁場的福射，從而形成電磁波。通過半波振子接收天線上的小燈泡顯示電磁波的電場強弱及其方向，同時利用金屬板(或墻面)對電磁波的反射在空間形成駐波。


以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。圖I示出了本發(fā)明ー個實施例的電磁波空間分布演示儀的電磁波發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了圖I所示電磁波發(fā)生裝置的發(fā)射器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4和圖5示出了圖3所示接收裝置的天線安裝于橫梁上的ー種方式。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的ー些具體實施方式
進行說明。圖I和圖3分別示出了本發(fā)明ー個實施例的電磁波空間分布演示儀的電磁波發(fā)生裝置和接收裝置。如圖所示，該演示儀包括電磁波發(fā)生裝置I和電磁波空間接收裝置2。電磁波空間接收裝置2放置在正對電磁波發(fā)生裝置I的發(fā)射銅環(huán)的方向上。在本說明書中，稱此方向為“正方向”。如圖I所示，電磁波發(fā)生裝置I包括電磁波發(fā)生電路11和發(fā)射部分天線12?？刹鹦兜那蛐瓮庹?3罩住電磁波發(fā)生電路11和發(fā)射部分天線12以提供保護，既可以減少周圍人和儀器受到的干擾，也可以保護儀器內(nèi)部電路。在球形外罩13打上小孔131。小孔131起到對電磁波發(fā)生裝置散熱的作用。球形外罩13采用有機玻璃制成。圖2示出了圖I所示電磁波發(fā)生裝置的發(fā)射器的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，電磁波發(fā)生電路11包括直流電源111和交流振蕩電路部分112，直流電源111包括依次連接的變壓器1111、整流濾波電路1112、開關(guān)元件1113。交流振蕩電路部分112與直流電源111連接，包括交流電源1121和振蕩電路1122。振蕩電路1122包括電感線圈LI、電阻Rl和電子管FU-29，與發(fā)射部分天線12耦合，產(chǎn)生高頻振蕩電流。發(fā)射部分天線12采用銅環(huán)之類的金屬環(huán)121作為激發(fā)電磁波的裝置。電源111包括利用變壓器1111和整流濾波電路112提供的高壓直流(600V)，還可提供低壓交流(6. 3V，15V)?？梢栽陂_關(guān)元件1113處連接定時器，可設(shè)置預(yù)熱時間和工作時 間。輸出電壓端可以串聯(lián)ー個高壓數(shù)字電壓器，高壓數(shù)字電壓器能夠顯示電壓，可以用于提醒高壓的危險。在發(fā)射部分天線12引起感應(yīng)電流，在發(fā)射部分天線12的周圍就產(chǎn)生較強的電磁場。圖3示出了電磁波空間接收裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該接收裝置2包括發(fā)光裝置20、接收天線21、發(fā)射天線22、反射天線23、屏蔽線24、支座25、橫梁26、以及橫梁支承座27。發(fā)射天線22位于橫梁26的一端，以將由發(fā)射部分天線12的銅環(huán)產(chǎn)生的電磁波的擴散，反射天線23則位于橫梁的另一端，屏蔽線24連接在發(fā)射天線22與反射天線23之間。由此結(jié)構(gòu)，發(fā)射天線22發(fā)射電磁波，反射天線23反射電磁波，屏蔽線24屏蔽電磁波，可阻擋電磁波向外散發(fā)。接收天線21采用可調(diào)節(jié)長度的拉桿天線21，可以將接收天線21拉長或縮短，由此改變接收天線的固有頻率。橫梁26上安裝有連接接收天線的支座25。接收天線21包括天線底端部分211和天線的抽拉部分212。天線底端部分211與抽拉部分212以可旋轉(zhuǎn)方式連接，例如可以使用樞軸轉(zhuǎn)動方式連接。天線底端部分211與抽拉部分212的轉(zhuǎn)動平面垂直。由此，抽拉部分212可以相對于天線低端部分211從水平位置旋轉(zhuǎn)到豎直位置。天線底端部分211與支座25可以熔接為一體，也可以可拆卸方式連接。在ー個實施例中，天線底端部分211通過螺栓和螺母可拆卸地安裝在支座25上。在橫梁26上，沿長度方向每隔所述天線底端部分211的兩倍長度距離，依次開有若干槽組262，每個槽組262包括兩個平行的槽。接收天線21每兩根一組，每組中的兩根接收天線21的底端部分211相互平行；抽拉部分212在與橫梁長度方向垂直的平面中，并且各自可以在該平面中以自身的天線底端部分211為軸轉(zhuǎn)動。支座25通過緊固裝置例如螺釘和螺母分別安裝于兩道平行的槽262上。圖4和圖5示出了接收裝置2的接收天線21安裝在橫梁26上的ー種方式。如圖4所示，接收天線21的底端部分211安裝于支座25上，支座25安裝于橫梁26上。三者都有圓孔或者槽，利用螺栓將三者連接起來，用螺母進行固定。支座25可以沿著平行的槽262移動，實現(xiàn)接收天線21的位置調(diào)節(jié)。發(fā)光裝置20采用小燈泡，小燈泡20固定于每組兩根接收天線之間的支座25上，并與該組的兩根接收天線21電連接。因此，支座25上設(shè)置有燈泡底座。
利用本發(fā)明的電磁波空間分布演示儀，可以實現(xiàn)對電磁波的能量、電磁共振、電場方向、以及駐波等的演示。
I、演示電磁波的能量接通電磁波空間分布演示儀的電源高壓開關(guān)，調(diào)整接收天線21長度，連接在接收天線21上的小燈泡20就變暗或熄滅，表明接收天線將部分電磁波的能量轉(zhuǎn)化為光能，同時燈泡20的亮暗也顯示了電磁波的強弱。2、演示電磁共振將接收天線21拉長或縮短(改變接收天線的固有頻率)，接收裝置2上的小燈泡就變暗或熄滅，只有當(dāng)接收天線21為某ー長度時，小燈泡最亮。因為此時接收天線21的固有頻率與接收的電磁波頻率相同，產(chǎn)生共振。3、演示電磁波的電場方向調(diào)整接收天線21的抽拉部分212與發(fā)射天線22同長度，將抽拉部分212從水平旋轉(zhuǎn)到豎直位置，可以觀察到小燈泡亮度逐漸降低。當(dāng)抽拉部分212與發(fā)射天線22平行吋，小燈泡最亮，當(dāng)抽拉部分212與發(fā)射天線22垂直吋，小燈泡不亮。由此可以觀察到電磁波的電場方向。4、演示傳輸線上的電壓駐波用兩根平行屏蔽線，每根的一端固定在橫梁前端作為發(fā)射天線22，另一端固定在橫梁后端作為反射天線23，則有電流、電壓波動沿屏蔽線24傳輸，在端點反射后形成電流電壓駐波。可看到燈泡的明暗變化，將接收天線21拉長或縮短，改變接收天線21的固有頻率，調(diào)整出最佳演示效果。演示出電壓的波腹與波節(jié)，演示完畢。
權(quán)利要求
1.電磁波空間分布演示儀，其特征在于包括 電磁波發(fā)生裝置，包括電磁波發(fā)生電路和發(fā)射天線； 接收裝置，包括多個接收天線以及與所述接收天線連接的發(fā)光裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在于，所述多個接收天線包括多對間隔平行排列的接收天線。
3.如權(quán)利要求2所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在干，所述接收裝置還包括固定所述接收天線的橫梁和設(shè)置于所述橫梁的支座，所述接收天線采用可調(diào)節(jié)長度的拉桿天線。
4.如權(quán)利要求3所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在干，所述接收天線包括天線底端部分和抽拉部分，所述天線底端部分與抽拉部分可旋轉(zhuǎn)地連接，所述天線底端部分垂直于所述抽拉部分旋轉(zhuǎn)的平面，所述天線底端部分和所述支座可拆卸地連接。
5.如權(quán)利要求4所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在于，所述橫梁上表面沿長度方向形成有導(dǎo)軌，所述支座安裝于所述導(dǎo)軌中并能夠沿所述導(dǎo)軌移動。
6.如權(quán)利要求4所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在于，所述橫梁上沿長度方向每隔短于或等于兩倍所述天線底端部分長度的距離依次形成有槽組，每個槽組包括兩個平行的槽，所述接收天線每兩根ー組，天線底端部分相互平行并分別通過緊固裝置固定于兩個平行的槽上，所述發(fā)光裝置固定于所述支座上并與ー組天線連接。
7.如權(quán)利要求6所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在干， 所述發(fā)射天線設(shè)置于所述接收裝置上靠近電磁波發(fā)射裝置的一端，所述接收裝置還包括遠離電磁波發(fā)射裝置的反射天線和連接在所述發(fā)射天線和所述反射天線的首端之間以及尾端之間的屏蔽線。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4、6或7任意一項所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在于，所述接收裝置包括表面有槽的平板，所述接收天線位于所述槽內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在于，所述電磁波發(fā)生電路包括 直流電源， 交流振蕩電路，與所述直流電源連接，與所述發(fā)射天線耦合。
10.如權(quán)利要求8所述的電磁波空間分布演示儀，其特征在于，所述電磁波發(fā)生裝置還包括包圍所述電磁波發(fā)生裝置的保護罩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁波空間分布演示儀。該演示儀包括電磁波發(fā)生裝置，包括電磁波發(fā)生電路和發(fā)射部分天線；以及電磁波接收裝置，包括多個接收天線以及與接收天線連接的發(fā)光裝置。該演示儀可以直觀地演示與電磁波有關(guān)的物理特性。
文檔編號G09B23/18GK102663942SQ20121012957
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者付曉宇, 張勇, 李寶河, 葛超力, 趙慈, 陳曉白 申請人:北京工商大學(xué)