電子積木發(fā)明

PAGEPAGE17電子積木編號：295參賽人：黃曾新[摘要]本發(fā)明是一種較新穎的電子積木，可提高積木玩具的品味，使得積木玩具更具知識性、趣味性，可用以加強對兒童智力開發(fā)的力度。積木盒內包含有單元電路積木塊、電源積木塊和金屬插棒，其中單元電路積木塊由電子元件、單元電路組成，用兩個半盒體封裝成完整盒體；電源積木塊內的兩節(jié)5＃電池可自行更換。每個積木塊的上下表面及四周側壁適當位置上都有供金屬插棒插嵌的輸入、輸出電插座，利用金屬棒把相關單元電子積木并聯(lián)或串聯(lián)起來，可實現(xiàn)單元積木塊間的水平或垂直方向的連接，獲得如電子元件或基本電子線路的功能演示及光控、聲控或溫控等效應演示，目前利用此積木盒內的積木可以做三十余種電路、電器功能的演示。[前言]一般的積木玩具，通常都是用實心木塊或彩色塑料制面，靠其拼圖或以下不同幾何形狀的拼接、鑲嵌，構成一定意義的組合玩具。這類玩具具有幫助幼童認識事物及提高形象思維能力等開發(fā)智力的作用。但這類玩具變化性不大，更不適于年齡較大的兒童游戲、學習使用。本發(fā)明的優(yōu)點是，積木塊是一塊塊具有電子功能、設有連接電插座原電子積木塊，利用金屬插棒把相關單元電子積木并聯(lián)或串聯(lián)起來，即可實現(xiàn)各功能單元積木塊間的水平或垂直方向（疊層）的連接，獲得如電子元件或基本電子線路的功能演示，光控、聲控、時控或溫控等效應演示。[正文]這種電子積木主要包含有電子元件積木塊、單元電路積木塊、電源積木塊和金屬插棒。每項積木塊由兩塊半盒體組成的立方形盒體，電子元件、單元電路和電源分別設置在該塑料盒體內，并在該塑料盒的四周側壁上適當位置處設有供金屬插棒插嵌、由兩半金屬插口構成的輸入、輸出電插座，和／或在塑料盒體的上、下底面上適當位置處也設有作為輸入、輸出的電插座。電阻、電容、晶體管等電子元件及濾波、放大等基本電路分別裝在盒體內，并與設置在盒體壁上的接插座相連接，制成一只只積木塊。搭積木時，用一金屬插棒使之一半插嵌入一積木塊的電插座中．另一半插嵌入另一積木塊的電插座中，則便把功能相關的相鄰兩塊電子積木塊連接起來了。上述設置在塑料盒體上、下底面上的電插座，既可以是一種如前所述由兩半金屬插口構成的簧片式電插座，也可是一種包含有一空心柱頭螺栓及螺母的螺栓式電插座。后者一方面起到在垂直方向接插柱的作用，同時也起到把上、下盒體及水平方向電插座組裝固定的作用。圖1電子積木塊的局部剖視示意圖。圖2積木塊盒體的局部立體示意圖。首先請參閱圖l、圖2。由圖1見，上半盒體互和下半盒體2對合鎖固連接后即構成本實用新型積木的盒體。本實施例中的盒體為一立方形盒體，沿上、下兩半盒體1、2的內側壁適當位置處（在本實施例中是在盒體兩端部）對稱地向內延伸出凸臺12，該凸臺12的上緣口與盒1、2的端面基本持平，在該凸臺1、2上制有固定孔1、3，并在該凸臺1、2上以固定孔1、3為中心制有供嵌置一金屬插口件7或8的凹槽14。本實放例嵌置在凹槽14中的金屬插口件7或8呈T字形，上、下兩片金屬插口件7、8對合起來后在插口處構成圓管形。本實施例穿置在固定孔13中以鎖固上、下兩半盒體及把由上、下兩片金屬插口件7、8構成的水平方向電插座鎖定的緊固件，是一種主要由空心柱頭螺栓10及空心柱頭螺母3組成的螺栓型電插座，在螺栓10及螺母3的空心柱頭部分開有彈性變形縫11、4，則能確保金屬插棒的插入緊密度。電子元件或基本電路裝置在兩半盒體1或2內，并與金屬插口件相連接。由圖2見，積木塊的另一種盒體，它在四個角處設有用以嵌置金屬插口件7、8的凸臺12，嵌置在此凸臺12之凹曹14內的金屬插口件為呈L形的銅皮。在學生學習電學中的電子技術時，需要做實驗。通常的方法是用電烙鐵將各種日子元器件焊接在一塊多孔板上，再用導線將它們連接起來，比較麻煩。本方法是將各種電子元件焊接在透明的塑料盒中，在塑料盒的器有金屬插孔，通過一種金屬插棒可以將它們的各個電子元件的焊線連接起來。由于各種塑料塊的幾何尺寸是等比例的，連接非常方便。它具體體積小，攜帶方便，連接方式接能可靠等優(yōu)點。其外形圖和連接圖如圖所示?，F(xiàn)介紹以下各種可連接的實例。1.串聯(lián)電路〔器材〕11電源G、52燈泡EL兩只、50開關SA〔步驟、結果〕用插頭按電路圖連接電路，當開關SA斷開時，兩個燈泡都發(fā)光，但因總電阻較大而燈泡發(fā)光較暗。當開關SA閉合時，燈泡EL1亮，而燈泡EL2因被短路而不亮。2.并聯(lián)電路〔器材〕11電池G、52燈泡EL兩個、59開關SA〔步驟、結果〕按圖連接電路，當開關SA斷開時，電流僅從一個燈泡EL2上通過，因而只有一燈泡EL2發(fā)光。當開關SA閉合時，電流從兩個燈泡上流過，兩個燈泡同時發(fā)光，且互不影響其亮度?！菜伎碱}〕當兩個電阻不同的燈泡并聯(lián)時，電阻大的燈亮還是電阻小的燈亮？3.串聯(lián)、并聯(lián)電路〔器材〕11電源G、52燈泡EL三只。512按鈕SB、59開關SA〔步驟、結果〕按圖連接電路，當開關SA接通，SB斷開時，燈泡EL1氣與EL2為并聯(lián)，而燈泡EL3與其它兩個燈泡為串聯(lián)關系，EL3較亮，EL1與EL2較暗，SA、SB都閉合時，EL3被短路無電流通過，而EL1和EL2為并聯(lián)，兩燈發(fā)光亮度相同。4.電壓表與電流表〔器材〕11電池G、22電流表A、21電壓表V、52燈泡EL。512按鈕SB〔步驟、結果〕如圖連接電路。當開關SB斷開時，EL上無電流流過，燈泡不亮，電流表BA無指示值，而電壓表顯示數(shù)為電池組的電動勢。當開關SB接通后，燈泡發(fā)光，電流表顯示流過燈泡的電流值，電壓表V顯示燈泡EL的電壓?！菜伎碱}〕如果用電壓表測量一節(jié)舊電池兩極的電壓為1．3V，當一接上電動機或小燈泡，不能使電動機轉，燈也很暗，這時再用電壓表測量發(fā)現(xiàn)，電池兩極間的電壓在1V以下，這是什么原因？前面的測量是否正確？5.總電壓與分電壓〔器材〕11電源G、21電壓在V、52燈泡EL〔步驟〕將各電路元件按圖（b）連接?！步Y果〕1．電壓表V2指示燈泡EL2和燈泡EL3的工作電電壓值。2.電壓表則V1指示出燈泡EL1的工作電壓值。3.電壓表V3外電路兩端的總電壓值?！步Y論〕將兩分電壓相加即等于總電壓。表明串聯(lián)電路的總電壓等于各串聯(lián)部分的分電壓之和。6.總電流與分電流〔器材〕11電池、22電流表A、52燈泡EL〔步驟〕1．將各電路元件按圖（a)連接。2．將各電路元件按圖（b）連接?！步Y果〕1．電流表A的示數(shù)通過三個燈泡的電流即并聯(lián)電路的總電流。2.電流表A的示數(shù)通過燈泡EL1電流?！菜伎碱}〕1．如何用電流表測量通過燈泡EL2電流。2．上述實驗測出的三個電流值有什么關系？7.用伏安法測電阻〔器材〕22電流表A、21電壓表A、電阻、61導線〔步驟〕按圖連接電路，從電流表A的示數(shù)可知通過電阻R電流值1，從電壓表V可知電阻R兩端的電壓值U，根據(jù)公式可計算出該電阻的阻值。8.電功率計算〔器材〕22電流表A、21電壓表A、31電動機M、571導線〔步驟〕按圖連接電路，從電流表示數(shù)可讀出通過電動機的電流值I，從電壓表示數(shù)可知電動機兩端的電壓值U。根據(jù)公式P=UI，即可計算出電動機的電功率大小?！菜伎碱}〕如何用上述方法與公式分別測出燈泡、發(fā)光二極管工作時的電功率？9.電位器〔器材〕22電流表A、24電位器RD、52燈泡EL、11電池G〔步驟、結果〕按圖連接電路，撥動電位器的手柄，燈泡EL會由暗變亮或由亮變暗，電流表A所示值也會有相應的大小變化，這是因為可變電阻RD的阻值可任意調節(jié)所致。電位器是電器領域中一個重要元件，可用作可變電阻，以控制電路中的電流，達到調節(jié)電器所需的各種電壓、電流等參數(shù)的目的。10.電能轉化成光能〔器材〕11電池、52燈泡、61四通接頭〔步驟〕用插棒將它邊成圖(a）狀。當電流從燈泡EL通過時會發(fā)光，電路圖如圖（b）?！沧⑨尅畴娔苻D化成光能主要用于各種照明、如有白熾燈、熒光燈、碘鎢燈等。由于白熾燈只有3％-5％的電能轉化成光能，其它的生成熱耗散掉了。光效低，所以人們開發(fā)了許多電光轉換率高的新電源。11.電能轉化成內能〔器材〕11干電池、513熱敏電阻、52燈泡〔步驟、結果〕用插頭將它們連成圖(a）狀，當電流通過電阻或燈泡時會產生熱量。電流熱效應主要用于電飯鍋、電熱水器、電暖器、電熱淋浴器等生活領域和電爐煉鋼、熱處理、烘干等生產領域?！菜伎碱}〕你再想想生活中還有哪些利用電能轉化內能的例子。12.電能轉化成聲能〔器材〕11電池G、51訊響器、61四通接頭〔步驟、結果〕用插頭將它連成圖(a）狀，電路圖如圖（b）。當電流通過信響器時，能使它內部的壓電陶瓷片振動發(fā)聲，這樣，電能轉化成了聲能。電能轉化聲能用于喇叭、電鈴等，也用于收音機、擴音機、電活等通信領域。13.電能轉化成機械能〔器村〕11電池G、31電動機M。59開關SA〔步驟、結果〕用插頭將它們連接成圖（a)狀，電路圖如圖（b）。當閉合開關SA，電流通過電動機M的線圈產生磁場，使電機旋轉。這樣電能就轉化成了機械能。電動機用于電風扇、電動車輛、機床等動力設備中，是現(xiàn)代工業(yè)生產中最主要的動力?！菜伎碱}〕你能再列舉生活生產中用電作動力的例子嗎？14.電能轉化成磁能〔器材〕11電池、515電磁鐵L〔步驟〕用插頭將它連成圖狀，電磁鐵即可將小鐵螺絲等吸起。這是因當電流經過線圈時在其周圍會產生磁場。用這個原理可以制成大型電磁鐵，在工廠中吸起鋼鐵用于搬運及其他科研設備中，利用電磁鐵可以制成吸鐵開關繼電器?！步Y論〕繼電器的原理是當線圈中通電后會吸動電觸點，使另一組電路斷開或閉合，這樣可以達到用小電流、低電壓去控制多組電路的目的，繼電器在工業(yè)生產中有廣泛的用途。15.導體、絕緣體〔器材〕導線、11電池G、22電流表BA、鐵棒、塑料、紙張、木材、52燈泡EL〔步驟〕將電池、燈泡、電流表串聯(lián)在電路中，然后引出導線A、B，用它兩端分別去接觸鐵棒、螺絲、插針、燈泡、木材、紙張、塑料?！步Y果〕當導線A、B兩端接觸鐵棒、螺絲等時，電路中有電流通過。當接觸木材、塑料等時電流表指針不偏轉。〔結論〕容易導電的物體總稱為導體，不容易導電的物體叫絕緣體。16.電阻〔器材〕11電池G、22電流表BA、電阻、52燈泡EL、導線〔步驟〕l．用電池、燈泡串聯(lián)組成電路，把電流表串聯(lián)在電路中，然后引出兩根導線A、B，將它們的兩端與電阻接通，看電流表示數(shù)，再將電線用一段鉛筆芯接入。2．用導線的A、B端去測量一張干紙，再測一張用蒸餾水浸濕的紙，再測用鹽水浸濕的紙?！步Y果〕(1）測電阻和鉛筆芯時電路中有電流通過。(2）測干紙及用蒸餾水浸濕的紙時，電路中無電流通過，測用鹽水浸濕的紙時有電流通過。17.晶體二極管的單向導電性〔器材〕11電池G、53發(fā)光二極管VL兩只〔步驟〕用電池將一只發(fā)光二極管作正向連接，另一只反向連接?！步Y果〕當電源和二極管正向連接時，有電流通過，燈亮。反之，當電源與二極管反向連接時，電流不能通過，燈不亮。晶體二極管有正向導通、反向截止的特性。利用晶體二極管的這一特性可以作為整流元件交流電變成直流電，還可作為檢波、穩(wěn)壓等元件使用?！步Y論〕發(fā)光二極管VL1亮，VL2不亮?！菜伎碱}〕電熱毯的第一檔開關接通時最熱，第二檔稍熱這是什么原因？18.電容器的充電放電〔器材〕電池(11)510、電容C(61)、小四通(53)、發(fā)光二極管VL〔步驟〕先按圖(a）連接電路。用電池對電容器充電，然后按圖（b）將電容器與發(fā)光二極管相連?！步Y果〕可見到發(fā)光二極管有一閃光?！步Y論〕對電容器充電時，能量將以電場能的形式貯存在電容器兩板間的電場中，發(fā)光二極管與其接通時，它會將內部貯存的電場能釋放出來，轉化為發(fā)光二極管發(fā)光時的光能?！沧⑨尅嘲l(fā)光二極管的正極與負極不能接反，否則會不亮。19.分路開關與總開關〔器材〕電池（11）、兩只（52）燈泡EL、（59）開關SA、（512）按鈕開關S〔步驟〕1．按圖連接電路。按鈕開關SB，閉合與斷開開關BA。2．接通按鈕開關SB，再接閉合與斷開開關SA〔結果〕（1）只有一個燈泡隨之亮與暗。（2）二個燈泡同時亮與暗?！步Y論〕按鈕開關SB串聯(lián)在一條并聯(lián)支路中，只能控制一個燈泡的通、斷，SB稱為分路開關。而開關SA串聯(lián)的總電路中，能控制所有燈泡的通、斷，是總開關。20.雙控樓梯開關〔器材〕34雙連開關A、52燈泡EL、511導線、35導線、35雙連開關B〔步驟〕按圖連接電路，若燈光亮時，可撥動任何一個雙連開關，使燈暗；接著再撥動一個開關時燈會亮，而當再撥動任一個開關時，燈泡又會暗，當再撥支任一個開關時燈泡又會發(fā)亮……，這種電路可用于樓梯，走廊過道的燈光照明。21.熱敏電阻〔器材〕(22）電流表SA、（S13）熱敏電阻、(511)導線、(11）電池〔步驟〕1．按圖連接電路，電流表A的指示值會逐漸變小，用手摸熱敏電阻會感覺其微熱，這是因當電流通過熱敏電阻它會產生熱量，使本身阻值變大，在電壓不變時，電流將變小。2．用打火機加熱電阻，可見隨著熱敏電阻的溫度提高而電流變小，燈變暗?！步Y論〕許多金屬材料隨著本身溫度的升高而其阻值變大，如電熱絲值為熱態(tài)時僅(800℃以上）的電阻比冷態(tài)時的電阻大數(shù)十倍。而玻璃在固態(tài)時電阻最大是絕緣體，而當其在600℃熔化時，電阻值會變小成導體。還有一類熱敏電阻，當溫度升高時其阻值反而變小?！菜伎碱}〕為什么用多用表去測量一只未點亮的200V100W的燈泡電阻為數(shù)十歐姆，而按額定電壓和額定功率值計算得出的阻值為484歐姆，相差十幾倍？22.三極管的電流放大作用〔器材〕(53)發(fā)光二極管VL兩只。(32）二極管、（24）電位器RD、（11）電池、（59）開關SA〔步驟〕按圖連接電路，當移動電位器手柄時，發(fā)光二極管VL1的亮度發(fā)生微小變化，而VL2的亮度發(fā)生較大變化，說明二極管能把“微小的電流變化”轉換為“較大的電流變化”，這就是三極管的放大作用?！步Y論〕三極管在電子器材領域中是一個主要元件，它的放大作用廣泛應用于電子通信領域，是收音機、電視機、錄音機、錄像機等必不可少的元件。23.定時風扇〔器材〕(33)雙三極管、(31)電動機M、(56)電阻R、(51)電容C、(59)開關SA〔步驟、結果〕按圖連接電路，電扇電動機就轉起來，過幾十秒后，電扇自動停轉。只要再按下按鈕SA，電扇又會自動再轉起來，可是過了一會兒，它就又停了，要想讓它再轉，您得再按一下按鈕，起到定時關掉風扇的作用。24.調光燈〔器材〕(33）雙三極管、(34）電位器RP、(56）電阻、(52）燈泡EL〔步驟、結果〕按圖連接電路，調節(jié)電位器的手柄就能看到燈泡的亮度發(fā)生相應變化，這是由于電位器的中心頭子接觸不同位置，三極管b極基極處于不同電勢狀態(tài)，其輸出電流發(fā)生變化，而導致燈泡工作電流發(fā)生變化。25.光控制〔器材〕（33）雙三極管、（24）電位器RD、(54）光敏二極管、（53）發(fā)光二極管〔步驟、結果〕按圖連接電路，用手電筒光照射到光敏二極管上，再調節(jié)電位器手柄位置，使發(fā)光二極管剛好熄滅。然后遮擋住照射在光敏二極管上的光線，小燈就亮了。再把這個光敏二極管引到室外光亮處小燈能自動熄光。〔思考題〕怎樣利用上述電路來自動點亮路燈？26.延時燈〔器材〕(33）雙三極管、(24）電位器RD、(56）電阻R、(510）電容C、（52）燈泡EL、（59）開關SA〔步驟、結果〕按圖連接電路，合上開關后要等一會兒燈才能亮，如不行應調電位器的手柄位置。在每調節(jié)一次后，應等電容C放電后才能再開第二次，所以要按一下開關SB。27．振動報警燈〔器材〕(11)電池、(57)振動開關、(53)發(fā)光二極管〔步驟〕1、將電子元件按圖連接。2、將其翻一個身倒置?！步Y果〕(1）燈不亮。（2）燈發(fā)