四年级下册科学课第一个单元就学习了《电》,妈妈为了让我学习更投入,提高对电学知识的认识,特意买了一套电子积木给我练手。自此以后,我非常沉迷于“电”带给我的各种惊喜:电能点亮小灯泡、点亮二极管、可以让电风扇转起来......这些电能的神奇欲罢不能。
后来我不满足与课本的知识和电子积木的实践研究,我就不断向徐老师询问有关电学、能量转换的知识。徐老师就向我介绍了很多能量:电能、动能、化学能、核能·····这些我都听说过,但是有一个电磁波我不知道。于是,我特意向老师进一步询问,老师和我说了一些。她鼓励我上网查找,可以看到更丰富的资源。
经过大量资料收索,我终于知道电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性。
电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场种电磁波在真空中速率固定,速度为光速......在搜索电磁波资料时我看到了特斯拉线圈的帅气图片,猛地被震撼到了,“人工闪电”太霸气了。
越是深入探究,我越是想动手做一个特斯拉线圈的产品出来。经过各种资料查询和徐老师的指导,我开始画设计图进行选材制作。
探究目的
1、了解特斯拉线圈的工作原理;
2、选择合适的材料深入探索电能转化成电磁能的能量转化的具体体现;
3、提升自身的工程设计能力;
4、享受制作产品成果后的成就感;
器材与工具
打火机、漆包线、电池、电池盒、铁钉、螺丝刀、剪刀、电源适配器、电笔、胶枪、初级线圈2匝,次级线圈匝,MOS管IRFP,稳压管12V,谐振电容,可调电阻,音频连接线,音频接口,开关电源,导线若干,散热片,LED小灯泡,节能灯,底座成本花了大概40元
探究思路与原理
第一代产品设计图纸:
第一代产品准备材料(缠绕了圈的线圈,一个散热管片,一个三极管,一只6k电阻,几节电池,一个电池盒等材料):
组装部件图:
第一代产品图:
第二代产品俯视图:
第二代产品侧视图:
主要步骤及方法
MOS管音乐特斯拉线圈,使用的主要材料有:初级线圈2匝,次级线圈匝。
MOS管IRFP,稳压管12V,谐振电容,可调电阻,电源适配器,LED小灯泡,节能灯,音频线,音频接口,开关电源,导线若干,散热片,底座。
最初的特斯拉线圈是由尼古拉特斯拉发明的,具有无线传电的功能。但是由于特斯拉线圈噪音过大不怎么受欢迎,所以我采用的是MOS管单管自激特斯拉线圈,它的优点很多,如功率大、频率低、稳定性好……
MOS管特斯拉线圈比普通的单管特斯拉线圈在以上各个方面的性能都比普通特斯拉线圈要好得多。这个电路主要的部分是初级线圈和次级线圈,依靠两者之间的耦合来传输电流,电压的升高倍数正好等于次级线圈匝数÷初级线圈匝数,通过次级线圈顶端的寄生电容来给整个电路回馈,不断循环,形成高压放电。把电笔靠近次级线圈,电笔的指示灯受电磁波影响会亮起来,同时随着电笔的金属端触碰次级线圈,会有美丽的电弧产生。把LED灯管靠近次级线圈,可以看到U型LED节能灯可以瞬间点亮。U型LED灯越靠近次级线圈,两个U型管都会亮,慢慢远离次级线圈,U型管会熄灭一个再熄灭一个。
亲眼目睹这些直观神奇的现象,目睹这个“人工闪电制造器”释放出的强大电磁波,可以直观地感受到能力之间的转化。
MOS管音乐特斯拉线圈特别具有使用时间长的特点,而且还可以通过音频线连接手机、电脑、平板等获得音频输入,然后通过电磁波的能量转换,电磁波在固有频率下击打空气,输出音频。
边欣赏音乐特斯拉线圈释放美丽的火花,边播放着动听的音乐,确实是个成就感爆棚的体验。
重要发现与图片、数据
1、将伏才能点亮的节能灯靠近特斯拉线圈,奇迹的亮了!
同时将LED和节能灯靠近,它们全亮了。
第一代大功率特斯拉线圈诞生:
大功率就是大功率,喷弧5毫米!就连小灯泡都发生奇特的变化
相比之下,大功率的特斯拉线圈比小功率的线圈点亮的灯泡明显要亮很多很多。
相比之下,第二代音乐特斯拉线圈比大功率的特斯拉线圈点亮的灯泡距离要远,也明显要亮很多。
相比之下,第二代音乐特斯拉线圈喷弧效果比第一代特斯拉线圈还要完美,是簇状电弧,它产生的电磁波可以使远距离的电笔指示灯发亮。
主要结论
1、我做的特斯拉线圈可以发出美丽的电弧,让靠近它的节能灯和LED灯发光,这种成就感真是无与伦比的。我相信,未来,我能够更加深入地去走近它,研究它,只要我始终坚守这份探究的热情和对科技的渴望热爱。
2、我发现功率越大的特斯拉线圈喷弧能力越好,产生的电磁波能量越大,可以远距离使LED小灯泡和节能灯发亮。
3、我在实验过程中竟然发现我做的特斯拉线圈竟然能触发我家的金鱼缸的电源,我会进一步探索这是因为什么原因造成的?我是不是可以以此发明一个触发锁。
周山点评
一次,我与一位很强势的科学家闲聊,他表露出的社会上对混淆科学家与工程师(技师)忿忿不平,甚至还有些嗤之以鼻。比如,居里夫人不过只是天天在一个池子里搅拌,与国内宣扬的科学家完全不是一路人。
不可否认,科学家与工程师从事的工作的确有很大不同,这从我们国家的院士分为科学院院士、工程院院士可以看出一些端倪。由于我们的传统一直宣扬礼仪之邦,不排除以通过更被人尊敬的“科学家”去称谓本不是“科学家”的工程技术人员。
说了这么大一圈“废话”,是想告诉家长和教师,科学与技术的确分工不同,但应该不存在孰高孰低之分。
我们无需对研究方向的分工过于在意,做技术、做工程更强调操作能力,制作—改进—创新,对个体的成长、对社会的贡献都是不可估量的。在专业人士看来,小作者围绕特斯拉线圈做的所有尝试不过都是模仿,但对孩子个体而言却不亚于全新的探索。鼓励他们从模仿开始,制作,创新,未来就有机会超越。
幸好,持有这位强势科学家观点的人,不占主流。
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