Учебный прибор по физике Советский патент 1992 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к учебным приборам по физике для изучения и наглядной демонстрации траекторий движения заряженных частиц в пересекающихся электрических и магнитных полях и может быть использовано во всех высших и средних учебных заведениях.

Известен прибор, содержащий последовательно расположенные источник света, конденсатор, поляроидные диапозитивы, размещенные на кинопленке под углом, поворотный анализатор и экран.

К недостаткам этого прибора следует отнести то, что он не позволяет наглядно демонстрировать плоские и пространственные траектории движения заряженных частиц в пересекающихся электрических и магнитных полях.

Известен прибор, содержащий экран источник света, проволочную модель обь емноготела, горизонтальнр расположенное в корпусе основание для установки модели, выполненное из прозрачного материала, и наклонные зеркальные пластины, расположенные слева и справа основания, при этом экран установлен на передней панели корпуса, на поверхности экрана нанесены взаимно перпендикулярные линии, разделяющие его на квадранты, а в одном из квадрантов выполнено окно.

К недостаткам этого прибора следует отнести то, что он не позволяет демонстрировать плоские и пространственные траектории движения заряженных частиц в пересекающихся электрических и магнитных полях.

vi

00

ел

00 00

ю

Наиболее близким к предлагаемому является прибор, содержащий установленный на основании источник света, баночку, содержащую водную суспензию маленьких пластмассовых шариков, которые имитируют заряженные частицы, две заряженные пластины для создания электрического поля, грушу для ввода суспензии в пространство между пластинами, источник питания, микроскоп, переключатель и лист бумаги.

Однако известный прибор не позволяет имитировать пересекающиеся электрические и магнитные поля, а также наглядно демонстрировать плоские и пространственные траектории движения заряженных частиц в пересекающихся электрических и магнитных полях.

Цель изобретения - расширение диапазона решаемых задач путем демонстрации плоских и пространственных траекторий движения заряженных частиц в пересекающихся магнитных и электрических полях.

Эта цель достигается тем, что в учебном приборе по физике, содержащем установленный на основании источник света и точечный имитатор заряженной частицы, средство для моделирования траекторий движения, состоящее из установленного на основании съемного шаблона и стрелочного указателя в виде трехгранника, имитирующего направление вектора скорости заряженной частицы и его составляющих, источник света состоит из двух осветителей, каждый из которых установлен в светонепроницаемом кожухе с параболическим зеркалом и решеткой для получения пучка параллельных световых лучей, имитирующих силовые линии, при этом точечный имитатор выполнен в виде лампочек, установленных на шаблоне и связанных с блоком управления, а один из осветителей выполнен переставляемым на основании,

Использование изобретения позволит существенно расширить дидактические возможности прибора путем демонстрации плоских и пространственных траекторий движения заряженных частиц в пересекающихся магнитных и электрических полях.

На чертеже схематично показан предлагаемый прибор.

На основании 1 установлены два светонепроницаемых кожуха 2 и 3, внутри кото- рыхустановлены параболические зеркала 4, источник 5 света и решетки б, обеспечивающие получение в затемненной комнате пучка параллельных световых лучей, имитирующих силовые линии электрического или магнитного поля. На стойках 7 и 8 монтируются шаблоны 9, имитирующие пространственные и плоские траектории заряженных

частиц, снабженные миниатюрными лампами 10 накаливания для имитации дискретного движения электронов, питаемые через электрический разъем 11 блоком управления, трехгранником 12 для имитации направления вектора скорости и соответствующих составляющих и блоком управления, состоящим из источника 13 питания и шагового искателя 14.

0 Для демонстрации движения заряда в постоянном однородном магнитном поле заданной напряженности, необходимо на основании 1 установить кожух 2 так, чтобы плоскость, проходящая через две стойки 7 и

5 8, совпадала с осью параболического зеркала 4, а на стойках 7 и 8 - смонтировать шаблон 9 в виде цилиндрической винтовой линии постоянного шага, ось которой совпадает с осью параболического зеркала 4, тог0 да при включении электропитания миниатюрные лампы 10 накаливания будут последовательно загораться вдоль винтовой линии 9 и тем самым имитировать движение заряженной частицы в однородном

5 магнитном поле, которое имитируется пучком параллельных световых лучей, проходящих через решетку 6, которые хорошо видны в затемненной комнате, причем вектор скорости заряженной частицы в каждой

0 точке траектории совпадает с направлением ее касательной (одно ребро трехгранника 12), а сила Лоренца совпадает с вектором главной нормали репера Френе винтовой линии (второе ребро трехгранника 12).

5 Для демонстрации движения заряженной частицы под действием однородного электрического поля и однородного магнитного поля, когда направления этих полей антипараллельны, необходимо на основа0 нии 1 установить кожухи 2 и 3 один напротив другого так, чтобы их параболические зеркала были соосны. На стойках 7 и 8 монтируется шаблон 9, имитирующий цилиндрическую винтовую линию с пере5 менным шагом, ось которой совпадает с осью параболических зеркал 4. Тогда при включении электропитания последовательное загорание миниатюрных ламп 10 накаливания с различной скоростью будет

0 имитировать дискретный процесс движения заряженных частиц в антипараллельных полях.

Для демонстрации движения заряженной частицы под действием электрического

5 поля, которое ориентировано под прямым углом к магнитному, необходимо на основании 1 установить кожухи 2 и 3 так, чтобы оси параболических зеркал 4 были взаимно перпендикулярны, а на стойке 7 смонтировать шаблон 9, имитирующий трохоиду (в частном случае циклоиду), ось которой перпендикулярна основанию 1 и проходит через точку пересечения осей параболических зеркал, тогда при включении электропитания последовательное загорание ламп 10 накаливания будет имитировать движение заряженных частиц во взаимно перпендикулярных полях.

Формула изобретения Учебный прибор по физике, содержащий установленный на основании источник света и точечный имитатор заряженной частицы, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем демонстрации плоских и пространственных траекторий движения заряженных частиц в пересекающихся магнитных и

I 3

0

электрических полях, он имеет средство для моделирования траектории движения, состоящее из установленного на основании съемного шаблона и стрелочного указателя в виде трехгранника, имитирующего направления вектора скорости заряженной частицы и его составляющих, источник света состоит из двух осветителей, каждый из которых установлен в светонепроницаемом кожухе с параболическим зеркалом и решеткой для получения пучка параллельных световых лучей, имитирующих силовые линии, при этом точечный имитатор выполнен в виде лампочек, установленных на шаблоне и связанных с блоком управления, а один из осветителей выполнен переставляемым на основании.

Использование: для изучения и наглядной демонстрации траекторий движения за- ряженных частиц в пересекающихся электрических и магнитных полях в учебных заведениях. Сущность изобретения: на основании установлены два осветителя в светонепроницаемом кожухе с параболическим зеркалом и решеткой для получения пучка параллельных световых лучей, имитирующих силовые линии. Средство для моделирования траектории движения заряженной частицы состоит из расположенного на основании съемного шаблона и стрелочного указателя в виде трехгранника. На шаблоне установлен точечный имитатор заряженной частицы, выполненный в виде лампочек, связанных с блоком управления 1 ил. со С