电子积木发明

PAGEPAGE17电子积木编号：295参赛人：黄曾新[摘要]本发明是一种较新颖的电子积木，可提高积木玩具的品味，使得积木玩具更具知识性、趣味性，可用以加强对儿童智力开发的力度。积木盒内包含有单元电路积木块、电源积木块和金属插棒，其中单元电路积木块由电子元件、单元电路组成，用两个半盒体封装成完整盒体；电源积木块内的两节5＃电池可自行更换。每个积木块的上下表面及四周侧壁适当位置上都有供金属插棒插嵌的输入、输出电插座，利用金属棒把相关单元电子积木并联或串联起来，可实现单元积木块间的水平或垂直方向的连接，获得如电子元件或基本电子线路的功能演示及光控、声控或温控等效应演示，目前利用此积木盒内的积木可以做三十余种电路、电器功能的演示。[前言]一般的积木玩具，通常都是用实心木块或彩色塑料制面，靠其拼图或以下不同几何形状的拼接、镶嵌，构成一定意义的组合玩具。这类玩具具有帮助幼童认识事物及提高形象思维能力等开发智力的作用。但这类玩具变化性不大，更不适于年龄较大的儿童游戏、学习使用。本发明的优点是，积木块是一块块具有电子功能、设有连接电插座原电子积木块，利用金属插棒把相关单元电子积木并联或串联起来，即可实现各功能单元积木块间的水平或垂直方向（叠层）的连接，获得如电子元件或基本电子线路的功能演示，光控、声控、时控或温控等效应演示。[正文]这种电子积木主要包含有电子元件积木块、单元电路积木块、电源积木块和金属插棒。每项积木块由两块半盒体组成的立方形盒体，电子元件、单元电路和电源分别设置在该塑料盒体内，并在该塑料盒的四周侧壁上适当位置处设有供金属插棒插嵌、由两半金属插口构成的输入、输出电插座，和／或在塑料盒体的上、下底面上适当位置处也设有作为输入、输出的电插座。电阻、电容、晶体管等电子元件及滤波、放大等基本电路分别装在盒体内，并与设置在盒体壁上的接插座相连接，制成一只只积木块。搭积木时，用一金属插棒使之一半插嵌入一积木块的电插座中．另一半插嵌入另一积木块的电插座中，则便把功能相关的相邻两块电子积木块连接起来了。上述设置在塑料盒体上、下底面上的电插座，既可以是一种如前所述由两半金属插口构成的簧片式电插座，也可是一种包含有一空心柱头螺栓及螺母的螺栓式电插座。后者一方面起到在垂直方向接插柱的作用，同时也起到把上、下盒体及水平方向电插座组装固定的作用。图1电子积木块的局部剖视示意图。图2积木块盒体的局部立体示意图。首先请参阅图l、图2。由图1见，上半盒体互和下半盒体2对合锁固连接后即构成本实用新型积木的盒体。本实施例中的盒体为一立方形盒体，沿上、下两半盒体1、2的内侧壁适当位置处（在本实施例中是在盒体两端部）对称地向内延伸出凸台12，该凸台12的上缘口与盒1、2的端面基本持平，在该凸台1、2上制有固定孔1、3，并在该凸台1、2上以固定孔1、3为中心制有供嵌置一金属插口件7或8的凹槽14。本实放例嵌置在凹槽14中的金属插口件7或8呈T字形，上、下两片金属插口件7、8对合起来后在插口处构成圆管形。本实施例穿置在固定孔13中以锁固上、下两半盒体及把由上、下两片金属插口件7、8构成的水平方向电插座锁定的紧固件，是一种主要由空心柱头螺栓10及空心柱头螺母3组成的螺栓型电插座，在螺栓10及螺母3的空心柱头部分开有弹性变形缝11、4，则能确保金属插棒的插入紧密度。电子元件或基本电路装置在两半盒体1或2内，并与金属插口件相连接。由图2见，积木块的另一种盒体，它在四个角处设有用以嵌置金属插口件7、8的凸台12，嵌置在此凸台12之凹曹14内的金属插口件为呈L形的铜皮。在学生学习电学中的电子技术时，需要做实验。通常的方法是用电烙铁将各种日子元器件焊接在一块多孔板上，再用导线将它们连接起来，比较麻烦。本方法是将各种电子元件焊接在透明的塑料盒中，在塑料盒的器有金属插孔，通过一种金属插棒可以将它们的各个电子元件的焊线连接起来。由于各种塑料块的几何尺寸是等比例的，连接非常方便。它具体体积小，携带方便，连接方式接能可靠等优点。其外形图和连接图如图所示。现介绍以下各种可连接的实例。1.串联电路〔器材〕11电源G、52灯泡EL两只、50开关SA〔步骤、结果〕用插头按电路图连接电路，当开关SA断开时，两个灯泡都发光，但因总电阻较大而灯泡发光较暗。当开关SA闭合时，灯泡EL1亮，而灯泡EL2因被短路而不亮。2.并联电路〔器材〕11电池G、52灯泡EL两个、59开关SA〔步骤、结果〕按图连接电路，当开关SA断开时，电流仅从一个灯泡EL2上通过，因而只有一灯泡EL2发光。当开关SA闭合时，电流从两个灯泡上流过，两个灯泡同时发光，且互不影响其亮度。〔思考题〕当两个电阻不同的灯泡并联时，电阻大的灯亮还是电阻小的灯亮？3.串联、并联电路〔器材〕11电源G、52灯泡EL三只。512按钮SB、59开关SA〔步骤、结果〕按图连接电路，当开关SA接通，SB断开时，灯泡EL1气与EL2为并联，而灯泡EL3与其它两个灯泡为串联关系，EL3较亮，EL1与EL2较暗，SA、SB都闭合时，EL3被短路无电流通过，而EL1和EL2为并联，两灯发光亮度相同。4.电压表与电流表〔器材〕11电池G、22电流表A、21电压表V、52灯泡EL。512按钮SB〔步骤、结果〕如图连接电路。当开关SB断开时，EL上无电流流过，灯泡不亮，电流表BA无指示值，而电压表显示数为电池组的电动势。当开关SB接通后，灯泡发光，电流表显示流过灯泡的电流值，电压表V显示灯泡EL的电压。〔思考题〕如果用电压表测量一节旧电池两极的电压为1．3V，当一接上电动机或小灯泡，不能使电动机转，灯也很暗，这时再用电压表测量发现，电池两极间的电压在1V以下，这是什么原因？前面的测量是否正确？5.总电压与分电压〔器材〕11电源G、21电压在V、52灯泡EL〔步骤〕将各电路元件按图（b）连接。〔结果〕1．电压表V2指示灯泡EL2和灯泡EL3的工作电电压值。2.电压表则V1指示出灯泡EL1的工作电压值。3.电压表V3外电路两端的总电压值。〔结论〕将两分电压相加即等于总电压。表明串联电路的总电压等于各串联部分的分电压之和。6.总电流与分电流〔器材〕11电池、22电流表A、52灯泡EL〔步骤〕1．将各电路元件按图（a)连接。2．将各电路元件按图（b）连接。〔结果〕1．电流表A的示数通过三个灯泡的电流即并联电路的总电流。2.电流表A的示数通过灯泡EL1电流。〔思考题〕1．如何用电流表测量通过灯泡EL2电流。2．上述实验测出的三个电流值有什么关系？7.用伏安法测电阻〔器材〕22电流表A、21电压表A、电阻、61导线〔步骤〕按图连接电路，从电流表A的示数可知通过电阻R电流值1，从电压表V可知电阻R两端的电压值U，根据公式可计算出该电阻的阻值。8.电功率计算〔器材〕22电流表A、21电压表A、31电动机M、571导线〔步骤〕按图连接电路，从电流表示数可读出通过电动机的电流值I，从电压表示数可知电动机两端的电压值U。根据公式P=UI，即可计算出电动机的电功率大小。〔思考题〕如何用上述方法与公式分别测出灯泡、发光二极管工作时的电功率？9.电位器〔器材〕22电流表A、24电位器RD、52灯泡EL、11电池G〔步骤、结果〕按图连接电路，拨动电位器的手柄，灯泡EL会由暗变亮或由亮变暗，电流表A所示值也会有相应的大小变化，这是因为可变电阻RD的阻值可任意调节所致。电位器是电器领域中一个重要元件，可用作可变电阻，以控制电路中的电流，达到调节电器所需的各种电压、电流等参数的目的。10.电能转化成光能〔器材〕11电池、52灯泡、61四通接头〔步骤〕用插棒将它边成图(a）状。当电流从灯泡EL通过时会发光，电路图如图（b）。〔注释〕电能转化成光能主要用于各种照明、如有白炽灯、荧光灯、碘钨灯等。由于白炽灯只有3％-5％的电能转化成光能，其它的生成热耗散掉了。光效低，所以人们开发了许多电光转换率高的新电源。11.电能转化成内能〔器材〕11干电池、513热敏电阻、52灯泡〔步骤、结果〕用插头将它们连成图(a）状，当电流通过电阻或灯泡时会产生热量。电流热效应主要用于电饭锅、电热水器、电暖器、电热淋浴器等生活领域和电炉炼钢、热处理、烘干等生产领域。〔思考题〕你再想想生活中还有哪些利用电能转化内能的例子。12.电能转化成声能〔器材〕11电池G、51讯响器、61四通接头〔步骤、结果〕用插头将它连成图(a）状，电路图如图（b）。当电流通过信响器时，能使它内部的压电陶瓷片振动发声，这样，电能转化成了声能。电能转化声能用于喇叭、电铃等，也用于收音机、扩音机、电活等通信领域。13.电能转化成机械能〔器村〕11电池G、31电动机M。59开关SA〔步骤、结果〕用插头将它们连接成图（a)状，电路图如图（b）。当闭合开关SA，电流通过电动机M的线圈产生磁场，使电机旋转。这样电能就转化成了机械能。电动机用于电风扇、电动车辆、机床等动力设备中，是现代工业生产中最主要的动力。〔思考题〕你能再列举生活生产中用电作动力的例子吗？14.电能转化成磁能〔器材〕11电池、515电磁铁L〔步骤〕用插头将它连成图状，电磁铁即可将小铁螺丝等吸起。这是因当电流经过线圈时在其周围会产生磁场。用这个原理可以制成大型电磁铁，在工厂中吸起钢铁用于搬运及其他科研设备中，利用电磁铁可以制成吸铁开关继电器。〔结论〕继电器的原理是当线圈中通电后会吸动电触点，使另一组电路断开或闭合，这样可以达到用小电流、低电压去控制多组电路的目的，继电器在工业生产中有广泛的用途。15.导体、绝缘体〔器材〕导线、11电池G、22电流表BA、铁棒、塑料、纸张、木材、52灯泡EL〔步骤〕将电池、灯泡、电流表串联在电路中，然后引出导线A、B，用它两端分别去接触铁棒、螺丝、插针、灯泡、木材、纸张、塑料。〔结果〕当导线A、B两端接触铁棒、螺丝等时，电路中有电流通过。当接触木材、塑料等时电流表指针不偏转。〔结论〕容易导电的物体总称为导体，不容易导电的物体叫绝缘体。16.电阻〔器材〕11电池G、22电流表BA、电阻、52灯泡EL、导线〔步骤〕l．用电池、灯泡串联组成电路，把电流表串联在电路中，然后引出两根导线A、B，将它们的两端与电阻接通，看电流表示数，再将电线用一段铅笔芯接入。2．用导线的A、B端去测量一张干纸，再测一张用蒸馏水浸湿的纸，再测用盐水浸湿的纸。〔结果〕(1）测电阻和铅笔芯时电路中有电流通过。(2）测干纸及用蒸馏水浸湿的纸时，电路中无电流通过，测用盐水浸湿的纸时有电流通过。17.晶体二极管的单向导电性〔器材〕11电池G、53发光二极管VL两只〔步骤〕用电池将一只发光二极管作正向连接，另一只反向连接。〔结果〕当电源和二极管正向连接时，有电流通过，灯亮。反之，当电源与二极管反向连接时，电流不能通过，灯不亮。晶体二极管有正向导通、反向截止的特性。利用晶体二极管的这一特性可以作为整流元件交流电变成直流电，还可作为检波、稳压等元件使用。〔结论〕发光二极管VL1亮，VL2不亮。〔思考题〕电热毯的第一档开关接通时最热，第二档稍热这是什么原因？18.电容器的充电放电〔器材〕电池(11)510、电容C(61)、小四通(53)、发光二极管VL〔步骤〕先按图(a）连接电路。用电池对电容器充电，然后按图（b）将电容器与发光二极管相连。〔结果〕可见到发光二极管有一闪光。〔结论〕对电容器充电时，能量将以电场能的形式贮存在电容器两板间的电场中，发光二极管与其接通时，它会将内部贮存的电场能释放出来，转化为发光二极管发光时的光能。〔注释〕发光二极管的正极与负极不能接反，否则会不亮。19.分路开关与总开关〔器材〕电池（11）、两只（52）灯泡EL、（59）开关SA、（512）按钮开关S〔步骤〕1．按图连接电路。按钮开关SB，闭合与断开开关BA。2．接通按钮开关SB，再接闭合与断开开关SA〔结果〕（1）只有一个灯泡随之亮与暗。（2）二个灯泡同时亮与暗。〔结论〕按钮开关SB串联在一条并联支路中，只能控制一个灯泡的通、断，SB称为分路开关。而开关SA串联的总电路中，能控制所有灯泡的通、断，是总开关。20.双控楼梯开关〔器材〕34双连开关A、52灯泡EL、511导线、35导线、35双连开关B〔步骤〕按图连接电路，若灯光亮时，可拨动任何一个双连开关，使灯暗；接着再拨动一个开关时灯会亮，而当再拨动任一个开关时，灯泡又会暗，当再拨支任一个开关时灯泡又会发亮……，这种电路可用于楼梯，走廊过道的灯光照明。21.热敏电阻〔器材〕(22）电流表SA、（S13）热敏电阻、(511)导线、(11）电池〔步骤〕1．按图连接电路，电流表A的指示值会逐渐变小，用手摸热敏电阻会感觉其微热，这是因当电流通过热敏电阻它会产生热量，使本身阻值变大，在电压不变时，电流将变小。2．用打火机加热电阻，可见随着热敏电阻的温度提高而电流变小，灯变暗。〔结论〕许多金属材料随着本身温度的升高而其阻值变大，如电热丝值为热态时仅(800℃以上）的电阻比冷态时的电阻大数十倍。而玻璃在固态时电阻最大是绝缘体，而当其在600℃熔化时，电阻值会变小成导体。还有一类热敏电阻，当温度升高时其阻值反而变小。〔思考题〕为什么用多用表去测量一只未点亮的200V100W的灯泡电阻为数十欧姆，而按额定电压和额定功率值计算得出的阻值为484欧姆，相差十几倍？22.三极管的电流放大作用〔器材〕(53)发光二极管VL两只。(32）二极管、（24）电位器RD、（11）电池、（59）开关SA〔步骤〕按图连接电路，当移动电位器手柄时，发光二极管VL1的亮度发生微小变化，而VL2的亮度发生较大变化，说明二极管能把“微小的电流变化”转换为“较大的电流变化”，这就是三极管的放大作用。〔结论〕三极管在电子器材领域中是一个主要元件，它的放大作用广泛应用于电子通信领域，是收音机、电视机、录音机、录像机等必不可少的元件。23.定时风扇〔器材〕(33)双三极管、(31)电动机M、(56)电阻R、(51)电容C、(59)开关SA〔步骤、结果〕按图连接电路，电扇电动机就转起来，过几十秒后，电扇自动停转。只要再按下按钮SA，电扇又会自动再转起来，可是过了一会儿，它就又停了，要想让它再转，您得再按一下按钮，起到定时关掉风扇的作用。24.调光灯〔器材〕(33）双三极管、(34）电位器RP、(56）电阻、(52）灯泡EL〔步骤、结果〕按图连接电路，调节电位器的手柄就能看到灯泡的亮度发生相应变化，这是由于电位器的中心头子接触不同位置，三极管b极基极处于不同电势状态，其输出电流发生变化，而导致灯泡工作电流发生变化。25.光控制〔器材〕（33）双三极管、（24）电位器RD、(54）光敏二极管、（53）发光二极管〔步骤、结果〕按图连接电路，用手电筒光照射到光敏二极管上，再调节电位器手柄位置，使发光二极管刚好熄灭。然后遮挡住照射在光敏二极管上的光线，小灯就亮了。再把这个光敏二极管引到室外光亮处小灯能自动熄光。〔思考题〕怎样利用上述电路来自动点亮路灯？26.延时灯〔器材〕(33）双三极管、(24）电位器RD、(56）电阻R、(510）电容C、（52）灯泡EL、（59）开关SA〔步骤、结果〕按图连接电路，合上开关后要等一会儿灯才能亮，如不行应调电位器的手柄位置。在每调节一次后，应等电容C放电后才能再开第二次，所以要按一下开关SB。27．振动报警灯〔器材〕(11)电池、(57)振动开关、(53)发光二极管〔步骤〕1、将电子元件按图连接。2、将其翻一个身倒置。〔结果〕(1）灯不亮。（2）灯发