申请/专利权人：安徽新华学院

申请日：2018-11-02

公开（公告）日：2023-11-21

公开（公告）号：CN109326183B

主分类号：G09B23/06

分类号：G09B23/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.11.21#授权;2019.03.08#实质审查的生效;2019.02.12#公开

摘要：本发明公开了一种布朗运动的模拟演示系统及演示方法，系统包括运动平台、分子模拟系统、动力供给系统和控制面板；运动平台由气桌、边框和气泵组成，分子模拟系统由若干个金属滑块和一个绝缘靶块组成，动力供给系统由静电弹板和静电起电器组成，控制面板上设有用于调节静电起电器输出电量的旋钮，以及用于控制系统电源通断的按键。本发明的优点在于根据金属滑块在电场作用下运动，通过相互碰撞产生无规则运动的现象，起到了形象直观的演示布朗运动的效果。仪器操作简单，形象生动地演示布朗运动的特性，能够激发学生的学习兴趣，引起学生的学习欲望，培养学生科学实验素养，有效地培养学生的观察能力和实践动手能力。

主权项：1.一种布朗运动的模拟演示方法，其特征在于：所述模拟演示方法基于模拟演示系统进行，所述模拟演示系统包括运动平台、分子模拟系统、动力供给系统和控制面板；所述运动平台由气桌1、边框2和气泵3组成，所述气桌1为扁平中空结构，在气桌1的上表面开有细密的出气孔4，在气桌1的侧面设有进气孔5，所述边框2沿气桌1上表面的边缘围成正方形，所述气泵3通过导管与气桌1的进气孔5连接；所述分子模拟系统由若干个金属滑块6和一个绝缘靶块7组成，所述金属滑块6和绝缘靶块7均活动放置在气桌1上表面；所述动力供给系统由静电弹板8和静电起电器9组成，所述静电弹板8有四块，分别对应安装在边框2的四个内侧面上，静电弹板8两两相对且相对的两块静电弹板8分别用导线连接静电起电器9的正极与负极；所述控制面板上设有用于调节静电起电器9输出电量的旋钮10，以及用于控制系统电源通断的按键11；所述金属滑块6由下端的扁圆柱体601和上端的中空半球体602连接组成，所述扁圆柱体601由上层的金属材料层和下层的绝缘材料层组成，所述中空半球体602为金属材料；所述静电弹板8由长条形绝缘板801、薄铜片802、弹簧803和方形小板804组成，所述长条形绝缘板801沿着边框2各侧边设置，所述薄铜片802贴在长条形绝缘板801的内侧面，所述弹簧803有若干个，弹簧803一端均连接在长条形绝缘板801的外侧面，另一端均通过方形小板804与边框2固定连接；所述模拟演示方法步骤包括：步骤一、打开气泵3，气流从气桌1上的出气孔4喷出，在气桌1的桌面与金属滑块6以及绝缘靶块7之间形成一层气垫；步骤二、通过控制面板上的按键11接通系统电源，在气桌1的桌面形成电场，金属滑块6在电场作用下运动，且相互碰撞，产生无规则运动的现象，以此模拟水分子的运动，绝缘靶块7也在金属滑块6的撞击下作无规则运动，以此模拟液体中花粉颗粒的运动；步骤三、通过控制面板上的旋钮10增大静电起电器9输出电量，电场增强，金属滑块6运动加剧，以此模拟温度升高时布朗运动。

全文数据：一种布朗运动的模拟演示系统及演示方法技术领域本发明涉及物理演示实验技术领域，具体涉及一种布朗运动的模拟演示系统及演示方法。背景技术1827年，苏格兰植物学家罗伯特·布朗发现水中的花粉及其它悬浮的微小颗粒不停地作不规则的曲线运动，称为布朗运动。可以对这种现象可以做出如下解释：当悬浮的微粒足够小的时候，由于受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。在某一瞬间，微粒在另一个方向受到的撞击作用超强的时候，致使微粒又向其它方向运动，这样就引起了微粒的无规则的运动，即布朗运动。布朗运动具有如下的特点：1运动的无规则；2永不停歇；3温度越高，布朗运动越明显；4肉眼不可见。由于布朗运动是自然界中普遍而且基本的运动形式，人又不能用肉眼直接进行观察，因此设计一种有趣的实验系统来模拟这种有趣的运动现象是大学物理课堂教学过程中一个不可缺少的组成部分，它能够激发学生的学习兴趣，引起学生的学习欲望，培养学生科学实验素养，有效地培养学生的观察能力和实践动手能力。系统的设计同时需要做到结构简单，操作简便且形象有趣。本发明以带电体在静电力的作用下，相互碰撞产生的无规则运动效果为主要思路设计了一种模拟布朗运动的演示实验系统。发明内容本发明的目的在于提供一种布朗运动的模拟演示系统及演示方法，其根据金属滑块在电场作用下运动，通过相互碰撞产生无规则运动的现象，起到了形象直观的演示布朗运动的效果。本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种布朗运动的模拟演示系统，包括运动平台、分子模拟系统、动力供给系统和控制面板；所述运动平台由气桌、边框和气泵组成，所述气桌为扁平中空结构，在气桌的上表面开有细密的出气孔，在气桌的侧面设有进气孔，所述边框沿气桌上表面的边缘围成正方形，所述气泵通过导管与气桌的进气孔连接；所述分子模拟系统由若干个金属滑块和一个绝缘靶块组成，所述金属滑块和绝缘靶块均活动放置在气桌上表面；所述动力供给系统由静电弹板和静电起电器组成，所述静电弹板有四块，分别对应安装在边框的四个内侧面上，静电弹板两两相对且相对的两块静电弹板分别用导线连接静电起电器的正极与负极；所述控制面板上设有用于调节静电起电器输出电量的旋钮，以及用于控制系统电源通断的按键。进一步改进在于，所述边框的四个内拐角处均设有绝缘隔板，所述绝缘隔板将相邻的静电弹板隔开。进一步改进在于，所述金属滑块由下端的扁圆柱体和上端的中空半球体连接组成，所述扁圆柱体由上层的金属材料层和下层的绝缘材料层组成，所述中空半球体为金属材料。进一步改进在于，所述静电弹板由长条形绝缘板、薄铜片、弹簧和方形小板组成，所述长条形绝缘板沿着边框各侧边设置，所述薄铜片贴在长条形绝缘板的内侧面，所述弹簧有若干个，弹簧一端均连接在长条形绝缘板的外侧面，另一端均通过方形小板与边框固定连接。一种布朗运动的模拟演示方法，其基于上述的模拟演示系统，步骤包括：步骤一、打开气泵，气流从气桌上的出气孔喷出，在气桌的桌面与金属滑块以及绝缘靶块之间形成一层气垫；步骤二、通过控制面板上的按键接通系统电源，在气桌的桌面形成电场，金属滑块在电场作用下运动，且相互碰撞，产生无规则运动的现象，以此模拟水分子的运动，绝缘靶块也在金属滑块的撞击下作无规则运动，以此模拟液体中花粉颗粒的运动；步骤三、通过控制面板上的旋钮增大静电起电器输出电量，电场增强，金属滑块运动加剧，以此模拟温度升高时布朗运动。本发明的有益效果在于：根据金属滑块在电场作用下运动，通过相互碰撞产生无规则运动的现象，起到了形象直观的演示布朗运动的效果。仪器操作简单，形象生动地演示布朗运动的特性，能够激发学生的学习兴趣，引起学生的学习欲望，培养学生科学实验素养，有效地培养学生的观察能力和实践动手能力。附图说明图1为本发明的整体结构示意图；图2为运动平台的结构示意图；图3为金属滑块的结构示意图；图4为静电弹板的结构示意图；图中：1-气桌，2-边框，3-气泵，4-出气孔，5-进气孔，6-金属滑块，601-扁圆柱体，602-中空半球体，7-绝缘靶块，8-静电弹板，801-长条形绝缘板，802-薄铜片，803-弹簧，804-方形小板，9-静电起电器，10-旋钮，11-按键，12-绝缘隔板。具体实施方式下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。结合图1至图4所示，一种布朗运动的模拟演示系统，包括运动平台、分子模拟系统、动力供给系统和控制面板；运动平台由气桌1、边框2和气泵3组成，气桌1为扁平中空结构，在气桌1的上表面开有细密的出气孔4，在气桌1的侧面设有进气孔5，边框2沿气桌1上表面的边缘围成正方形，气泵3通过导管与气桌1的进气孔5连接；分子模拟系统由若干个金属滑块6和一个绝缘靶块7组成，金属滑块6和绝缘靶块7均活动放置在气桌1上表面；动力供给系统由静电弹板8和静电起电器9组成，静电弹板8有四块，分别对应安装在边框2的四个内侧面上，静电弹板8两两相对且相对的两块静电弹板8分别用导线连接静电起电器9的正极与负极，这样四块静电弹板8形成了两个垂直交叉的电场；控制面板上设有用于调节静电起电器9输出电量的旋钮10，以及用于控制系统电源通断的按键11。边框2的四个内拐角处均设有绝缘隔板12，绝缘隔板12将相邻的静电弹板8隔开。金属滑块6由下端的扁圆柱体601和上端的中空半球体602连接组成，扁圆柱体601由上层的金属材料层和下层的绝缘材料层组成，中空半球体602为金属材料。静电弹板8由长条形绝缘板801、薄铜片802、弹簧803和方形小板804组成，长条形绝缘板801沿着边框2各侧边设置，薄铜片802贴在长条形绝缘板801的内侧面，弹簧803有若干个，弹簧803一端均连接在长条形绝缘板801的外侧面，另一端均通过方形小板804与边框2固定连接。一种布朗运动的模拟演示方法，其基于上述模拟演示系统，步骤包括：步骤一、打开气泵3，气流从气桌1上的出气孔4喷出，在气桌1的桌面与金属滑块6以及绝缘靶块7之间形成一层气垫，金属滑块6和绝缘靶块7可以无摩擦的滑动；步骤二、通过控制面板上的按键11接通系统电源，在气桌1的桌面形成电场，金属滑块6在电场作用下运动，且相互碰撞，产生无规则运动的现象，以此模拟水分子的运动，绝缘靶块7也在金属滑块6的撞击下作无规则运动，以此模拟液体中花粉颗粒的运动；步骤三、通过控制面板上的旋钮10增大静电起电器9输出电量，电场增强，金属滑块6运动加剧，以此模拟温度升高时布朗运动。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种布朗运动的模拟演示系统，其特征在于：包括运动平台、分子模拟系统、动力供给系统和控制面板；所述运动平台由气桌1、边框2和气泵3组成，所述气桌1为扁平中空结构，在气桌1的上表面开有细密的出气孔4，在气桌1的侧面设有进气孔5，所述边框2沿气桌1上表面的边缘围成正方形，所述气泵3通过导管与气桌1的进气孔5连接；所述分子模拟系统由若干个金属滑块6和一个绝缘靶块7组成，所述金属滑块6和绝缘靶块7均活动放置在气桌1上表面；所述动力供给系统由静电弹板8和静电起电器9组成，所述静电弹板8有四块，分别对应安装在边框2的四个内侧面上，静电弹板8两两相对且相对的两块静电弹板8分别用导线连接静电起电器9的正极与负极；所述控制面板上设有用于调节静电起电器9输出电量的旋钮10，以及用于控制系统电源通断的按键11。2.根据权利要求1所述的一种布朗运动的模拟演示系统，其特征在于：所述边框2的四个内拐角处均设有绝缘隔板12，所述绝缘隔板12将相邻的静电弹板8隔开。3.根据权利要求1所述的一种布朗运动的模拟演示系统，其特征在于：所述金属滑块6由下端的扁圆柱体601和上端的中空半球体602连接组成，所述扁圆柱体601由上层的金属材料层和下层的绝缘材料层组成，所述中空半球体602为金属材料。4.根据权利要求1所述的一种布朗运动的模拟演示系统，其特征在于：所述静电弹板8由长条形绝缘板801、薄铜片802、弹簧803和方形小板804组成，所述长条形绝缘板801沿着边框2各侧边设置，所述薄铜片802贴在长条形绝缘板801的内侧面，所述弹簧803有若干个，弹簧803一端均连接在长条形绝缘板801的外侧面，另一端均通过方形小板804与边框2固定连接。5.一种布朗运动的模拟演示方法，其基于权利要求1-4任一项所述的模拟演示系统，其特征在于：步骤包括步骤一、打开气泵3，气流从气桌1上的出气孔4喷出，在气桌1的桌面与金属滑块6以及绝缘靶块7之间形成一层气垫；步骤二、通过控制面板上的按键11接通系统电源，在气桌1的桌面形成电场，金属滑块6在电场作用下运动，且相互碰撞，产生无规则运动的现象，以此模拟水分子的运动，绝缘靶块7也在金属滑块6的撞击下作无规则运动，以此模拟液体中花粉颗粒的运动；步骤三、通过控制面板上的旋钮10增大静电起电器9输出电量，电场增强，金属滑块6运动加剧，以此模拟温度升高时布朗运动。

百度查询： 安徽新华学院 一种布朗运动的模拟演示系统及演示方法

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