磁控灯项目设计
有一天,我们发现妈妈在厨房煮饭后或浴室洗澡后,手是潮湿的,如果开关电器很危险,于是我们想有没有不需要用手去按压开关就能够控制灯开关的灯?我们发现用磁铁来控制电灯所需的电流,让电流接通或断开,可以达到开关电灯的效果。因此,我们想设计一个可以用磁铁控制灯开关的灯,不需要用手去按压开关。
怎么样磁铁控制开关?首先我们要想磁控灯应该以什么样的原则进行停启,继而思考可以用什么样的方法达到这个目的。思考讨论后,我们认为干簧片作为一个磁通导体。在尚未操作时,两片簧片并未接触;在通过永久磁铁或电磁线圈产生的磁场时,外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性,当磁力超过簧片本身的弹力时,这两片簧片会吸合导通电路;当磁场减弱或消失后,干簧片由于本身的弹性而释放,触面就会分开从而打开电路。当磁铁靠近开关,电路接通,灯将打开变亮;当磁铁离开开关,电路断开,灯将关闭变暗。
有了想法后,我们要为项目的进行基础知识的学习。首先我们要了解干簧管等常用元器件的作用,具体内容如下所示:
(1)干簧管。干簧管是一个通过所施加的磁场操作的电开关。干簧管基本型式是将两片磁簧片密封在玻璃管内,两片虽重叠,但中间间隔有一小空隙。当外来磁场时将使两片磁簧片接触,进而导通。一旦磁体被拉到远离开关,磁簧开关将返回到其原来的位置。
(2)发光二极管。发光二极管简称为LED。它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。
然后我们要了解一下电路符号和名称。其中,我们需要认识电路图的概念,知道电路图是指用电路元件符号代表电路连接的图。还有需要认识电路中最基本各种元件符号,元件符号如上图所示。
在完成基础知识的学习后,我们就开始设计方案了。我们的想法是利用干簧管设计一个简易磁控灯,当磁铁靠近开关,灯将打开变亮;当磁铁离开开关,灯将关闭变暗。设计任务是电路设计,电路元器件的选择和电路拼接。我们的设计成果是一份设计电路图和一块电路板。设计步骤如下:
第一步:将发光二极管的正极(长脚)连接电线,电线的另一端连接电池正极;
第二步:电池的负极连接电线,电线的另一端连接干簧管;
第三步:将干簧管与电线连接起来;电线的另一端连接发光二极管的负极;
第四步:把磁铁放在干簧管上,小灯泡就亮了起来。
通过磁控灯项目的制作和学习,我们认识了干簧管和发光二极管,也能看懂基本的电路图;了解了干簧管的原理:在密封的玻璃管里装着两根铁片,两根铁片距离很近,但不接触,当磁铁靠近时,铁片被磁化,互相吸引,两根铁片连通,电流就可以通过,移开磁铁,两根铁片就断开。
在调试中,遇到了胶布不牢固,电线粘不住电池的情况;操作中,用力不当,把干簧管捏断的情况,也遇到过发光二极管坏掉导致发光二极管无法发光的情况;不过每个情况都一步一步解决,最终这个成品成功完成。明白到做实验需要耐心,反复实验就一定会成功!
此作品在广州市天河区中小学STEM项目优秀案例展评活动中荣获学生组三等奖。
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