中学物理教学演示器

[编者按]为了便于在中学物理教学中讲解电流的流动方向和电容器的充、放电知识，本期介绍两种既简单实用又直观、形象的演示器。

电流流动的正方向是从电源的正极经负载流到电源负极。由于电流的流向是看不见、摸不着的，所以，老师在给同学们讲电流流向课时，同学们很难一下子理解清楚。本演示器是巧妙地利用多只发光二极管追逐发光来模拟电流流向，使其形象、直观。

电路如图1（a）所示。二极管VD23、继电器K与VD1～VD9及VD10～VD18组成两组发光二极管自动转换发光电路。二级管VD19～VD22组成无极性直流电源接口电路，不管从A、B两端输入的直流电源极性如何变化，其接口电路输出端能始终保持上端为正极，下端为负极，使后级电路可靠工作。NE555、R1、R2、C1组成一个振荡频率约为0.5Hz的低频振荡器，用来给后级电路提供触发脉冲。VD4017、C3、R3组成脉冲计数电路，其中C3、R3为微分电路，迫使CD4017在每次接通电源瞬间自动清零，当A端接电源正极，B端接电源负极时，K不动作，其触点S与2端接通，使VD1～VD9与电源负极接通，低频振荡器输出的脉冲触发CD4017，使CD4017的Q1～Q9端分别输出高电平，发光二极管按照从VD1到VD9的顺序逐个发光，好似电流从A端流向B端，如图1（b）所示。当反极性连接时，即A端接电源负极、B端接电源正极时，VD23导通，K吸合，其触点与1端接通，VD10～VD18与电源负极接通，使发光二极管按照从VD10～VD18的顺序逐个发光，好似电流是从B端流向A端，即反方向流动，见图1（c）所示。

本演示器能直观、形象地反映出电容器的充放电过程。电路如图2所示。集成电路SF3914是上海无线电七厂生产的一种10位发光二极管显示驱动器。SF3914与发光二极管VD1～VD10组成区间电压显示电路，调节RP1与R3，可使SF3914处于区间电压指示状态，RP2作为衰减器，使检测电压分压后输入到SF3914的5脚。作充电演示时，将开关S与1端接通，在接通的瞬间，由于电容C1两端电压不能突变，电压为零，使SF3914的5脚输入信号电压为零，SF3914内部的10级比较器不翻转，其输出均为高电平，VD1～VD10不发光。电源经RP4向C1充电，C1两端电压逐渐上升，当上升到一定电压值时，SF3914内部第一级比较器翻转输出低电平，VD1发光。随着C1两端电压不断上升，SF3914内部的比较器逐级翻转输出低电平，使VD1～VD10逐个发光，显示出电容器在慢慢地充电，当C1充满电时，VD1～VD10全部发光。做放电演示时，将S置于2端，C1上的电压经RP2和RP3慢慢地放电，其电压逐渐下降，发光二极管按照从VD10到VD1的顺序逐个熄灭，显示出电容在慢慢地放电。(程方晓 戴作辉)