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电磁学设计实验 会报警的手电筒

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电磁学设计实验

1

科目：电磁学设计性实验

题目：会报警的手电筒制作

实验时间：2013年12月4日-18日

指导老师：赵立竹

学院：物理学院

姓名：郭杉 同组者：刘晴

年级：2012级

学号：2012012798 电磁学设计实验

2 会报警的手电筒制作

摘要：在如今这个科学技术飞速发展的时代，只有照明作用的手电筒已经渐渐满足不了人们的需求。为了满足更多人的需要以及拓宽市场，手电筒应该做一些技术上的改进。因此，本论文在加入了手摇发电以及火灾报警元素的手电筒实践基础上，从实验仪器用具、实验原理、制作过程、实验内容、实验结果及分析等对实验进行了整理、总结与分析。

关键词：手电筒；照明；火灾报警；手摇发电

引言：多功能手电筒集手摇发电、照明、火灾报警于一身，所以称之为多功能。手摇发电增加了手电筒的使用乐趣。火灾报警则是在连接外加电源条件下可用，利用NTC热敏电阻感知温度从而报警，在人们不注意时提醒人们火灾的发生。

实验仪器：1.带减速机的永磁式直流电动机一个（性能待测）2.MC7805BT稳压器一个（输入电压7V-20V，输出电压5V）3.三个电容：5.5V 2法；25V 2200微法；25V 100微法4.1N4007整流二极管四个 5.直流电源仪器一台6.NTC热敏电阻一个7.连接线若干8.发光二极管两个9.开关两个10.电压表一个（多量程）11.蜂鸣器（8欧姆，0.5W，0.25A，2V）、继电器（6V,10A性能待测）各一个12.普通电阻（数值，数量待计算）13.包装盒一个

所用工具：1.电烙铁2.双面胶、医用胶带3.钻头

实验原理：整个装置由永磁式直流电动机转动发电，为解决转动方向不同而产生不同方向直流电的问题，加了四个整流二极管做整流桥整流，之后连入超级电容当作可充电电池，再连入稳压器稳压，保证了5V直流电，从而向发光装置以及报警装置的接收装置供电。

1. 桥式整流

桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。

原理图如下：

桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、D1、Rfz 、D3通电回路，在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz 上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。

桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。 电磁学设计实验

3 半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。

桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。

2. 火灾报警

火灾发生时，必然会伴随着烟雾、高温和火光的产生，探测器对此十分敏感。当有烟雾、高温、火光产生的时候，它就改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，再通过放大、传输等过程，发出报警声，有的还能同时发出灯光信号，并显示发生火灾的部位和地点。

本实验选择以热敏电阻为感应器的感温型探测器。负温度热敏电阻（NTC）感知温度电阻减小从而使热敏感应电路中的电流增大达到电磁继电器吸合电流值，然后继电器闭合。继电器闭合后，报警信号电路接通，蜂鸣器响起，红色指示灯亮。

原理图如下：

3. 实验电路图

超级电容——储存电能；放电（相当于电池）

整流桥——控制电流方向 电磁学设计实验

4 4．实际电路图

制作过程：

1.做整流桥

2.按照电路图连接实物

电磁学设计实验

5

实验内容：1.测永磁式直流电动机性能

预先估计电压为12V-22V。首先将电动机两端接线加长（用电烙铁焊上两根导线）。然后将电压表并联在两端，量程选择100V。分别用常速和较快速度转动电动机手柄，观察电压表示数并记录。

数据记录：常速转动15V，快速转动22V。 电磁学设计实验

6 常速转动下满足稳压器输入端电压要求，快速转动稍超出。因此不允许快速转动。

2.计算与发光二极管串联的电阻值

电源电压取常速转动时的15V。经稳压器稳压后的电压为5V。发光二极管的额定电压为3V。

（1） 测发光二极管在3V电压下的电流（未拍照）

将二极管连入直流稳压电源中，将电压调至3V，记录电流读数。

数据记录：I=9mA

（2） 计算串联电阻的阻值

2/0.009=222.22

为确保发光二极管安全，实验中串联了200欧和39欧的电阻，即共串联了239欧的电阻

3.测电磁继电器闭合时的电压和电流

在继电器电源接线柱两端各焊上两根导线，连入直流稳压电源中。将电源从0V开始调节，观察吸合时的电压及电流并记录。

数据记录：电磁继电器闭合时电压为3.2V，电流为0.61A

4. 连接电路

按照电路图连接实物

实验改进：实验过程中发现实验室没有满足我们需要的热敏电阻，导致在加热热敏电阻时电路中电流过小不能引起继电器吸合。因此在咨询老师后我们在电路中加入三极管放大电流。电路图如下：

电磁学设计实验

7 实验结果及分析：1.手电筒部分

经检验，手电筒部分运行很好，常速手摇一分钟，发光二极管即可亮五分钟左右。

2.火灾报警部分

经检验，火灾报警部分运行良好。报警灯（红色）能亮，蜂鸣器响。

实验小结：实验所做的只是一个模型，离真正的会报警的手电筒还很远。要想实际应用，那么需要改进、美化的地方还很多。

实验总结：通过这次设计实验，我能够将所学知识应用于实际，不仅动手能力得到提高，团队合作能力也得到了提高。实验中会遇到困难，但我们没有放弃，我们从实验开始做到了实验结束。感谢和我同组的刘晴！

参考文献：

[1]百度百科.[EB/OL]./link?url=HrWU0uSPtn4r7QvV-CWf4eiUPJaCAtU3CMA1N-E_OtQokA-sH1501olaEGTYfhJRJd8p48-yMNXrEVuHnIcbRq.2013

[2]肖勇.《模拟简易火灾报警器的电路设计与制作》.[Z].未知.2013-8-03 实验装置完成图

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初中物理中的简单电磁学实验有哪些？

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在初中物理的学习中，电磁学是一个重要且有趣的部分。通过一系列简单的电磁学实验，我们能够更加直观地理解电磁学的相关概念和原理。接下来，让我们一起探索一些常见的初中物理电磁学实验。

实验一：奥斯特实验

这个实验揭示了电流能够产生磁场。实验装置相对简单，将一根直导线平行地放置在小磁针的上方，然后给直导线通电。当导线中有电流通过时，我们会惊奇地发现小磁针发生了偏转。这一现象表明通电导线周围存在着磁场。通过改变电流的方向，我们还能观察到小磁针偏转方向也会随之改变，从而得出电流产生的磁场方向与电流方向有关的结论。

实验二：磁场对电流的作用

在这个实验中，我们需要一个蹄形磁铁、一根金属导体棒、电池、导线和开关。将导体棒放在蹄形磁铁的磁场中，通过导线将导体棒、电池和开关连接成一个闭合电路。当闭合开关，有电流通过导体棒时，我们可以看到导体棒在磁场中发生了运动。这就证明了磁场对通电导体有力的作用。而且，改变电流的方向或者磁场的方向，导体棒的运动方向也会相应改变。

实验三：电磁感应现象 电磁感应实验让我们了解到磁场可以产生电流。实验装置包括一个U 形磁铁、一个闭合的线圈、灵敏电流计。将线圈在磁场中做切割磁感线运动，这时灵敏电流计的指针就会发生偏转，说明产生了电流。这个实验表明闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生感应电流。

实验四：自制电动机

要制作一个简单的电动机，我们需要用到电池、漆包线、磁铁、回形针等材料。首先，用漆包线绕制一个线圈，将线圈两端的漆刮掉一部分，然后把线圈放在磁铁的磁场中，通过回形针和电池连接成电路。当接通电源时，线圈就会开始转动。这个实验不仅有趣，还能让我们更深入地理解电动机的工作原理。

实验五：探究影响电磁铁磁性强弱的因素

准备一个电池组、开关、铁钉、漆包线、回形针和一些导线。用漆包线在铁钉上缠绕一定的匝数，制作成一个电磁铁。然后通过改变电池的数量、漆包线缠绕的匝数或者插入铁芯的长度，来观察吸引回形针的数量。从而得出影响电磁铁磁性强弱的因素有电流大小、线圈匝数以及有无铁芯等。

基于无线充电技术的新时代应急手电筒设计

基于无线充电技术的新时代应急手电筒设计

物联网技术 2022年 / 第

4期

Intelligent Processing and Application

820 引 言

随着科技的不断发展

，手电筒的设计与使用方式在不断

更新

。如今场所中使用的手电筒均为有线充电式手电筒

，手

电筒上有一个或多个接口

，充电口插拔次数较多易出现接口

损坏和接触不良等问题

，应用无线充电技术可以较好地摆脱

充电线和充电接口的限制[1]

。传统的传输方式为有线方式

，

生活中大量电器供电必会导致多种电源线交叉

，给人们生活

带来极大不便[2]

。本项目将利用无线充电技术为手电筒提供

电源

，这种方式相比传统的充电技术

，减少了普通干电池的

使用量

，更安全

，更环保

。无线充电技术的使用能够使电器

的安全性能得到一定程度的提升

，这种充电方式对于充电位

置没有限制

，市场发展前景广阔[3]

。

在无线充电的基础上

，手电筒可以根据实地环境的光线

对手电筒亮度进行智能调控

，当遇到紧急情况时可以使用

SOS频闪信号求助

，发射出特殊的照射光线

，必要时可开启

SOS报警求救

。相较于普通照明手电筒

，本项目手电筒通过

单片机主控芯片对强光LED和蜂鸣器进行控制

，可为遇险

人员提供有效的求救手段

，帮助搜救人员快速定位

，更好地

帮助遇险人员脱离危险

。

1 硬件设计

1.1 硬件结构设计

本项目提出以单片机主控模块为核心

，对无线充电模块

、智能调节模块和SOS求助模块进行综合控制设计

，该硬件整

体框架如图1所示

。

图1 硬件框架

该应急手电筒由两节3.7 V的18650锂电池进行储能和

供能

，再由恒压供电模块降压并稳压至5 V后供主控芯片使

用

。主控芯片将控制LED灯光模块以3种不同的设计模式

运行

，同时在SOS救援模式下配合蜂鸣器闪烁

。LED照明

亮度可以连续变化

，使手电筒的调光更加平滑[4]

。该手电筒

为普通模式

、智能调节模式及SOS求助模式设置了优先级

，

优先级从大到小依次为SOS求助模式

、普通模式和智能调节

模式

。即使用SOS求助模式会覆盖其他模式运行

；使用普通

模式时将覆盖智能调节模式

实验一 电磁波感应器的设计与制作

实验一 电磁波感应器的设计与制作

实验一 电磁波感应器的设计与制作

本篇文章将介绍如何设计和制作一个简易的电磁波感应器。此感应器基于“法拉第电磁感应法”原理，可以检测电磁场的强度和方向。它可以用于测量电场和磁场的强度，在物理实验和电子工程中被广泛使用。制作这个电磁波感应器的过程很简单，只需要一些基本的电子器件即可。

材料清单：

1. 一个铜盘

2. 一个电源

3. 一些镍铁合金

4. 一米左右的细铜线

5. 高阻值电阻器

6. 一个手摇发电机

7. 一把钳子和一把剪刀

8. 一个显示器

步骤：

1. 取一块铜盘，并在中央打一个洞。这块铜盘将用作传感器的地面。

2. 在铜盘中心垂直安装一条细铜线。接着，将铜线的末端固定在一个适当的位置，以确保它不会移动。

3. 把一些镍铁合金材料铺在铜盘上，使它们均匀分布。这些材料将作为吸收和放大电磁场的探测器。

4. 把铜线固定在一个高阻值电阻器上。接着，把电阻器的另一端连接到一个显示器，以测量电磁场的强度。

5. 连接一个手摇发电机并调整它以产生一定电压和电流。将感应器放置在电场或磁场中，并旋转手摇发电机以感知电场和磁场的强度。

6. 调整电源的电压以校准显示器的测量值。此时，感应器已经可以使用了。 这是一个简单的电磁波感应器制作过程。它可以用于实验室或工程现场，用于监测电场和磁场的强度，或检测电子设备中的故障。通过精心调整，可以让它更加灵敏和精确。

电磁感应现象应用举例

电磁感应现象应用举例

电磁感应现象应用举例

闭合电路的一部分导体在磁场中进行切割磁感线运动时，导体中有感应电流产生，这种现象是电磁感应现象。电磁感应现象在生产、生活实际中应用广泛，与之相关的应用题在中考试题中在频频出现，我们应高度关注。

一、手压式手电筒

例1（2022·柳州）如图1所示的手压式手电筒，通过按压手柄，电筒内线圈做切割器感线运动，能使电简发光。这种发电利用了（ ）

A．尖端放电 B．电磁感应 C．摩擦起电 D．电流热效应

解析按压手柄，使线圈做切割磁感线运动，导体中有感应电流产生，这种现象是电磁感应现象，感应电流通过灯泡，灯泡发光。手压电筒是根据电磁感应现象制成的。

答案 B

二、POS刷卡机

例2（2022·阜新）刷卡消费时，人们将带有磁条的信用卡在刷卡机指定位置刷一下，刷卡机的检测头就能产生感应电流，便可读出磁条上的信息。图2中与刷卡机原理相同的是（ ）

解析 当人们将带有磁条的信用卡在刷卡机指定位置刷一下，刷卡机的检测头就能产生感应电流，这是电磁感应现象。对于选项A，动圈式话筒是利用振动膜片带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生随声音信号变化的感应电流工作的，选项A正确；对于选项B，该装置是电动机的工作原理图，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动；对于选项C，该装置电磁继电器，其主要部件是电磁铁，电磁铁的工作原理是电流的磁效应；对于选项D，螺线管通电后具有磁性，这是电流的磁效应。

答案 A

三、机械能回收

例3（2022湘潭）我国高铁采用了能量回收制动方式：列车到站前停止动力供电，继续向前运行，内部线圈随车轮转动，切割磁感线产生感应电流，把机械能转化为电能进行回收。图3中与其工作原理相同的是（ ）

图1

永久磁体

线圈 膜片

话筒

A

C D B

BA

D N S

CN

S G

解析 电机线圈随车轮转动并在磁场中切割磁感线产生感应电流，将机械能转化为电能，这是电磁感应现象；图中装置是探究影响电磁铁磁性大小因素的实验，选项A错误；图中的装置是探究通电导体在磁场中受力运动的实验，是将电能转化为机械能，为电动机的原理，选项B错误；图中导体在磁场中切割磁感线就能在电路中产生感应电流，是电磁感应现象，选项C正确；图中的实验为奥斯特实验，是探究电流的磁效应，选项D错误。