无线输电演示仪

倪 峰

(德清县高级中学 浙江 湖州 313200)

无线输电演示仪

倪 峰

(德清县高级中学 浙江 湖州 313200)

自制的无线输电演示仪，能直观演示无线输电的两种方式，取得良好的教学效果，该演示仪能让学生体念电磁波的魅力，激发学生的好奇心，点燃学生的科学兴趣，提高学生的科学素养．

自制 无线输电 高频电磁波

人教版选修3-4教材第十四章第1节“电磁波的发现”，阐述了1886年赫兹的电火花实验，人类首次捕捉到电磁波[1]．若能在教学课堂上利用现代科学技术直观演示电磁波的捕捉来实现无线输电，对教师的教学，激发学生的好奇心和提高科学素养会很有帮助．

1 演示仪电路图

自制的无线输电演示仪，如图1所示.

图1 演示仪电路图

几点重要说明：

(1)绕有3匝细导线的为演示仪初级，绕有500匝漆包线的为演示仪次级．

(2)三极管在该演示仪中具有核心地位，在电路中具有两大作用．起放大电流的作用，起逆变器的作用(对直流电进行开关，使直流电变成交流电)．

(3)该演示仪实际上是串联谐振变压器，接通电路后，由于电路是开放的，装置的次级会发射出较高强度的高频电磁波．该演示仪正是利用次级发出的高频电磁波实现无线输电．

2 实验原理

(1)荧光灯发光原理.接通电路后，装置的次级会发出较高强度的高频电磁波，使荧光灯内的惰性气体在高压下电离，形成气体导电电流，运动的气体离子与汞原子不断碰撞，给予汞原子能量，使汞原子跃迁到高能级，但不稳定，之后汞原子跃迁到低能级释放光子，高能的光子与荧光粉发射碰撞，释放白光[2]．

(2)LED灯发光原理.接通电路后，装置的次级会发出较高强度的高频电磁波，高频电磁波通过接有LED灯的线圈后，会在线圈上产生感应电流，感应电流通过整流的LED灯后会使LED灯发光[3]．

3 制作材料

12 cm×18 cm电木板1块，KCD11船型开关1个，22 kΩ电阻1个，WPS2222A型三极管1个，9 V电池扣2个，9 V电池2块，0.25 mm漆包线长30 m，直径3 cm长9 cm的PVC管1根，3个可乐瓶盖，荧光灯1只，LED灯1只，细导线若干条，绝缘胶布，电烙铁，胶枪，剪刀，打火机．

4 制作过程

(1)制作次级和初级.如图2所示，用0.25 mm漆包线在直径3 cm，长9 cm的PVC管上均匀绕500匝，制成次级．用细导线在次级上均匀绕3匝，制成初级．用绝缘胶布将初级固定在次级上，并用胶枪打胶加固初级．(在绕制的次级的下端剩余漆包线和绕制的初级两端的细导线要尽量留长点，可方便排布导线)

图2 次级和初级

(2)固定电学元件.图3为演示仪电学元件的正面分布图．用胶枪在12 cm×18 cm电木板的合适位置胶固上1个KCD11船型开关．在靠近船型开关的合适位置上平行插进1个22 kΩ电阻和1个WPS2222A型三极管，在远离船型开关处用胶枪在电木板上胶固次级，将次级下端的漆包线和初级两端的细导线插入电木板(电木板上插入以上电学元件时，位置不是绝对的，但一定要合适，一来美观，二来方便接下来的排布导线)．将两只电池扣串联，正极一端导线接在开关上，负极一端导线接在三级管的发射极．图4为插入电学元件后的背面分布图．

图3 演示仪电学元件正面分布图

图4 插入电学元件后的背面分布图

(3)排布导线.用电烙铁将电池纽扣的负极导线与三级管的发射极用电烙铁一起烙住，如图5红圈Ⅰ处所示．将三级管的基集，电阻的一端和次级下端漆包线(尾部挂掉漆)一起烙住，如图5红圈Ⅱ处所示．三极管的集电极与初级的一端导线一起烙住，如图5红圈Ⅲ处所示．将电阻的另一端，初级的另一端导线和连接开关的导线一起烙住，如图5红圈，Ⅳ处．至此形成完整的通路，最后用胶枪胶固住导线，在电木板底部胶固住3只可乐盖，形成稳定底座，如图6所示．

图5 红圈为电烙位置

图6 成品演示仪

5 演示过程

装上2块9 V电池．打开船型开光．荧光灯接近装置的次级，在靠近次级3～4 cm的位置，荧光灯被点亮，如图7所示．绕有80匝线圈相连的LED灯靠近次级，LED灯被点亮，如图8所示．关掉开关，取下电池．

图7 荧光灯发光

图8 LED灯发光

该演示仪，在次级不会产生电弧，是一种安全、小功率的无线输电装置，不会对人体产生伤害，且制作起来比较简单．演示的实验现象直接明了，学生的感官容易受刺激，使学生对电磁波及无线输电有更深入的了解，激发学习兴趣．课后可鼓励学生动手尝试该演示仪的制作及改进，培养学生的动手能力及物理科学素养．

1 人民教育出版社，课程教材研究所，普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4.北京：人民教育出版社，2011

2 牟春阳，李世中，梁国强.基于特斯拉线圈的无线电力传输系统.科学技术与工程，2015，15 (13):77

3 李广凯，梁海峰，赵成勇，等.几种特殊输电方式的分析比较和展望.中国电力，2004(4)：48

WirelessElectricPowerTransmissonDemonstrator

NiFeng

(DeqingSeniorhighschool,Huzhou,Zhejiang313200)

The self-made wireless electric power transmisson demonstrator can demonstrate two types of power transmission and get good teaching results. This demonstrator will let students experience the charms of electromagnetic field and stimulate students' curiosity. At the same time, it will ignite students' scientific interest and improve the students' science literacy.

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2016-04-06)