脚踏式发电机
摘要：被设备主要采用发电机为主体，杠杆为辅，加以改装与组合，形成脚踏式发电机。在发电机的轴承部分加上以较小齿轮，安放置楼梯已有的空间，通过杠杆连接至楼梯表面，经过人们行走，使电机产生电能，以供它用。 关键字：发电机； 弧形杠杆；踏片 1. 引言
随着人类的发展，国际间的竞争越来越激烈，最根本是为能源而争，而解决能源问题也是可持续发展的基本前提，所以，能源也日趋弥足珍贵，寻求新能源的愿望也付诸行动。而且，在需求能源的同时也愈加注重环境保护，能源的清洁性成为衡量能源是否可用的一大指标。相对于传统发电形式，脚踏发电机更具环保清洁的优势，并且，其获得能源的方式更加简洁并符合当代的时代主题。而人走路的能量却被白白浪费了，为了充分利用资源，我们小组特别设计了踏板式发电机，响应时代的号召，为社会做出自己应有的贡献！
2. 实验方案（设计思想
本实验采用发电机、弧形杠杆、导线、弹簧、弹片以及辅助设备。将做好的脚踏式发电机安放在指定的楼梯位置后，将弧形杠杆固定在两台阶折点处，杠杆分为踏片、支点、杆臂和锯齿板，锯齿板与发电机齿轮相啮合，当踏片被踩动而向下运动时，杠杆就会传递并扩大运动幅度，从而使发电机的发电效率最大化，为了保证杠杆锯齿能与齿轮充分接触，不至于因锯齿的弧线运动而离开齿轮，所以在发电机的后部添加弹簧系统，并使弹簧处于压缩状态，使发电机在整体上水平方向可以运动，而垂直方向上是不能运动的。在发电机的电能输出端装有两个蓄电池，当踏片运动时引起发电机弹片接触不同的蓄电池，以此来储存不同方向的电流。踏片下方装有相应合适的弹簧系统，距阶面高度约为4cm，踏片等材料可以是绝缘材料。
实验步骤：（1）按图连接已做好的装置。
阶梯侧视图
整体俯视图 1为齿轮啮合处 2为发电机以及弹簧 3为电流转换滑槽
4、5为蓄电池，它们储存相反方向的电
流
发电机侧视图
重庆交通大学第四届物理综合设计与科技创新竞赛论文
2
发电机俯视图，弹簧的作用是使两个齿轮一直处于良好啮合状态。
电流转向俯视图
电流转向器侧视图
正负极所连的两个铜片与杠杆末端连接，它与竖直齿条共同运动。
（2）进行踏片试验。当正常行走时，脚踏在踏片上，踏片的竖直形变量为d1。通过弧形杠杆计算可知发电机齿轮的转动。 （3）测试产生电压。在已连好的装置中连接电压表，分别测出齿轮向不同方向转动产生的电压。
（4）使用发电机所产生的电能。经过实验可知，蓄电池所存储的能量可以应用于一些耗电量低的电器。
3. 结果与讨论
单一脚踏发电机产生的电能比较少，但应用于数量庞大的楼梯中时，所产生的能量便会很多，便可以应用于人们的日常生活。其应用场所可应用于人数较多的学校、医院、超市、办公楼等公共场所。
选择液位计时应考虑以下因素：
(1)测量对象，如被测介质的物理和化学性质，以及工作压力和温度、安装条件、液位变化的速度等；
(2)测量和控制要求，如测量范围、测量(或控制)精确度、显示方式、现场指示、远距离指示、与计算机的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。
给水工程中常用的液位计及选型要点如下：
a.浮球液位计
在液体中放入一个空心的浮球，当液位变化时，浮球将产生与液位变化相同的位移。可用机械或电的方法来测得浮球的位移，其精确度为±(1~2)%，这种液位计不适用于高粘度的液体，其输出端有开关控制和连续输出。
在净水厂的设计中，多将此种液位计用于集水井的液位测量以控制排水泵的自动开停。
b.静压(或差压)式液位计
由于液柱的静压与液位成正比，因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围，再选用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。这种液位计的精确度为±(0.5~2)%。
c.射频电容液位计
在容器内插入电极，当液位变化时，电极内部介质改变，电极间(或电极与容器壁之间)的电容也随之变化，该电容量的变化再转换成标准化的直流电信号。其精确度为±(0.5~1.5)%。
电容式液位计具有以下优点：传感器无机械可动部分，结构简单、可靠；精确度高；检测端消耗电能小，动态响应快；维护方便，寿命长。缺点是被测液体的介电常数不稳定会引起误差。电容式液位计一般用于调节池、清水池等的液位测量。
当测量范围不超过2m时，采用棒状、板状、同轴电极；当超过2m时，采用缆式电极。当被测介质为水时，采用带绝缘层(可用聚乙烯)的电极。
d.超声液位计
超声液位计的传感器由一对发射、接收换能器组成。发射换能器面对液面发射超声波脉冲，超声波脉冲从液面上反射回来，被接收换能器接收。根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之间的距离，即可换算成液位。其精确度为±0.5%。
这种液位计无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度、密度等影响，因此多用于药池、药罐、排泥水池等的液位测量。但此种方法有一定的盲区，且价格较贵。
（1）电动机，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理工作的，将电能转化为机械能；
（2）关闭电源，人用力踩脚踏，电动机变成了“发电机”，发电机的原理是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中产生感应电流，即它的发电原理是电磁感应；
（3）手机拨打、接听电话或Wi-Fi无线上网都是通过电磁波来实现的，由课本知识可知，用3颗同步卫星就可以实现全球通信．
故答案为：通电线圈在磁场中受力转动；电磁感应；电磁波；3．
论文:
初中物理电学计算解题探讨
初中物理电学计算是整个初中物理知识的一个重难点.学好电学计算对学生的逻辑思维,审题等都有提升.培养了学生的创造和创新能力，对以后更高层次的电学学习打下坚实的基础。
[关键词] 计算 串并联电路 公式 解题思路
初中物理电学计算是整个初中物理知识的一个重难点，也是中考考查的重点内容。学生拿到这类题目后往往觉得无从下手，其实学生只要具备相关知识，做好足够的准备工作，而后理清思路，则可解决该题。那么如何才能顺理成章的确解决问题和攻破这个重难点呢？下面将谈一点我不成熟的解题思路和大家一起分享。
一、 认真审题
首先要在脑海里清晰的呈现U、I、R这三者在串、并联电路中各自的特点.在串联电路中:I=I1=I2=I3、U＝U1+U2+U3、R=R1+R2+R3,在并联电路中：I=I1+I2+I3、U＝U1=U2=U3、1/R=1/R1+1/R2+1/R3。要掌握电功、电功率和焦耳定律的基本计算公式和导出公式,并且要知道导出公式的使用范围,即导出公式使用于纯电阻电路中(在纯电阻电路中Q=W)......。
其次要认真阅读并分析题目，找出题目中所述电路的各种状态。没有电路图的要画出相应的电路图。根据开关的闭合及断开情况或滑动变阻器滑片的位置情况得出题目中电路共有几种状态，画出每种状态下的等效电路图。在分析电路时如果电路有电压表,则先认为电压表处于断路状态,再分析电路的串并联,然后看电压表和谁并联则测谁的电压。
二、 解答计算
1、 找电源及电源的正极。
2、 看电流的流向。要注意以下几个问题：（1）电路中的电流表和开关要视为导线，电压表视为断路(开路)；（2）要注意各个电键当前是处于那种状态；（3）如果电流有分支，要注意电流是在什么地方开始分支，又是在什么地方汇聚。
3、 判断电路的联接方式。一般分为串联和并联，但有些电路是串并、联的混联电路。若不是串联的，一定要理清是哪几个用电器并联，如果还是混联的，还要分清是以串联为主体的混联电路，还是以并联为主体的混联电路。
4、 若电路中连有电压表和电流表，判断它们分别是测什么地方的电压和电流强度。
5、 找出已知量和未知量，利用电学中各物理量之间的关系：即我们平时所说的电路特点；欧姆定律；电功和电功率相关表达式；焦耳定律。然后利用这些关系和已知条件相结合的的方法求解。
在求解的过程中，用不着把每一个物理量都求出来，要根据所给的已知物理量找一种最简单的解题方法。很明显可以看出: 我们要熟练解答电学问题就必须熟练掌握相关的物理知识。
最后需要说明的是，有些问题在每一种状态下并不能直接求出计算结果，这时要把两种或更多种状态结合起来，找出各个关系图中相等的物理量，列方程或列方程组去计算。
以下对某些题型的解法做详细的说明和解答：
例1、如下图所示，电源电压保持不变，R1=8Ω，R2=7Ω，当闭合开关S时，电压表的示数为4V，则电源电压为多少？
一、审题
看题目后，本电路是串联电路，闭合开关，电路只有一种状态，电压表测R1两端的电压。
二、联想相关公式及结论
根据题意用到串联电路中I=I1=I2=I3，U＝U1+U2+U3的特点和欧姆定律公式（I=U/R）去计算。
三，解答计算
已知：R1=8Ω，R2=7Ω，U1=4V 求：电源电压U = ？
解：当开关闭合时：夹在R1两端的电压U1=4V。则：
根据欧姆定律可知： I1=U1/R1=4V/8Ω=0.5A
又因为在串联电路中： I=I1=I2
则： U2=I1R2=0.5A×7Ω=3.5V
根据串联电路中电压的关系 ： U＝U1+U2=4V+3.5V=7.5V
例2，如下图所示，当S1闭合，S2、S3断开时，电压表示数为3伏，电流表示数为0.5安；当S1断开，S2、S3闭合时，电压表示数为4.5伏，求此时电流表的示数及R1、R2的阻值。
一、审题
看题目后，S1闭合时，S2、S3断开时，电路为一种状态；S1断开，S2、S3闭合时，电路为一种状态。因此，本题必须在电路的两种状态下分别解答。
二、联想相关公式及结论
用到串联和并联电路中U、I、R三者的特点及欧姆定律公式去计算。
三，解答计算
解：S1闭合时，S2、S3断开时，R1、R2是串联。则：
R2=U2/I=3V/0.5A=6Ω
S1断开，S2、S3闭合时，R1、R2是并联。则：
可知电源电压 U=4.5V
则夹在R1两端的电压： U1=U¬—U2=4.5V—3V=1.5V
R1=U1/I=1.5V/0.5A=3Ω
则并联的总电阻： R=R1R2/R1+R2=3Ω6Ω/3Ω+6Ω=2Ω
并联干路中的电流： I=U/R=4.5V/2Ω=2.25A
例3，如右图所示，当开关S闭合后，滑动变阻器滑片P在B点时，电压表示数为4.5V，电流表示数为0.15A；滑片P在中点C时电压表的示数为3V。求：
（1） 滑动变阻器R1的最大阻值；
（2）电源的电压；
（3）电路的最大功率。
一、审题
看题目后，本电路是串联电路，闭合开关，电路只有一种状态，电压表测滑动变阻器R1两端的电压，滑动变阻器的左右滑动改变它接入电路中电阻的大小，进而影响电路中电流的大小变化。
二、联想相关公式及结论
根据题意用到串联电路中I=I1=I2=I3，U＝U1+U2+U3的特点和欧姆定律公式（I=U/R）以及电功率相关计算公式去计算。
三，解答计算
解：（1）滑片P在B点时，滑动变阻器全部接入电路,此时电阻最大。则：
R1max=U1max/I=4.5V/0.15A=30Ω
(2) 当滑片P在中点时，R1=15Ω
则此时电路中的电流是：I=U1中/R1=3V/15Ω=0.2A
U=4.5+0.15R2 .............○1
U=3+0.2R2 ............ ○2
○1○2解得： U=9V R2=30Ω
（3） 要是电路中的电功率最大，则必须是电路中流过的电流最大，只有当滑动变阻器滑片滑到A点是电阻最小，电流最大。则：
P=UImax=9V×（9V/30Ω）=2.7W
由于篇幅有限，在此便不再做详细说明，开动您的脑筋，自已分析总结。
以上是我一点不成熟的、浅薄的认识，有错误之处还望各位同仁批评指正。
回答人的补充 2009-07-18 15:23 写论文参考资料:
电学知识总结
一, 电路
电流的形成:电荷的定向移动形成电流.(任何电荷的定向移动都会形成电流).
电流的方向:从电源正极流向负极.
电源:能提供持续电流(或电压)的装置.
电源是把其他形式的能转化为电能.如干电池是把化学能转化为电能.发电机则由机械能转化为电能.
有持续电流的条件:必须有电源和电路闭合.
导体:容易导电的物体叫导体.如:金属,人体,大地,盐水溶液等.
绝缘体:不容易导电的物体叫绝缘体.如:玻璃,陶瓷,塑料,油,纯水等.
电路组成:由电源,导线,开关和用电器组成.
路有三种状态:(1)通路:接通的电路叫通路;(2)开路:断开的电路叫开路（有时也叫断路）;(3)短路:直接把导线接在电源两极上的电路叫短路.
电路图:用符号表示电路连接的图叫电路图.
串联:把元件逐个顺序连接起来,叫串联.(任意处断开,电流都会消失)
并联:把元件并列地连接起来,叫并联.(各个支路是互不影响的)
二, 电流
国际单位:安培(A);常用:毫安(mA),微安( A),1安培=1000毫安=1000000微安.
测量电流的仪表是:电流表,它的使用规则是:①电流表要串联在电路中;②电流要从"+"接线柱入,从"-"接线柱出;③被测电流不要超过电流表的量程;④绝对不允许不经过用电器而把电流表连到电源的两极上.
实验室中常用的电流表有两个量程:①0～0.6安,每小格表示的电流值是0.02安;②0～3安,每小格表示的电流值是0.1安.
三, 电压
电压(U):电压是使电路中形成电流的原因,电源是提供电压的装置.
国际单位:伏特(V);常用:千伏(KV),毫伏(mV).1千伏=1000伏=1000000毫伏.
测量电压的仪表是:电压表,使用规则:①电压表要并联在电路中;②电流要从"+"接线柱入,从"-"接线柱出;③被测电压不要超过电压表的量程;
实验室常用电压表有两个量程:①0～3伏,每小格表示的电压值是0.1伏;
②0～15伏,每小格表示的电压值是0.5伏.
熟记的电压值:①1节干电池的电压1.5伏;②1节铅蓄电池电压是2伏;③家庭照明电压为220伏;④安全电压是:不高于36伏（有些教材中为24伏，但通常情况下指天气晴朗时不高于36伏，阴雨天时不高于12伏）;⑤工业电压380伏.
四, 电阻
电阻(R):表示导体对电流的阻碍作用.(导体如果对电流的阻碍作用越大,那么电阻就越大,而通过导体的电流就越小).
国际单位:欧姆(Ω);常用:兆欧(MΩ),千欧(KΩ);1兆欧=1000千欧;
1千欧=1000欧.
决定电阻大小的因素:材料,长度,横截面积和温度(R与它的U和I无关).
滑动变阻器:
原理:改变电阻线在电路中的长度来改变电阻的.
作用:通过改变接入电路中的电阻来改变电路中的电流和电压.
铭牌:如一个滑动变阻器标有"50Ω 2A"表示的意义是:最大阻值是50Ω,允许通过的最大电流是2A.
正确使用:a,应串联在电路中使用;b,接线要"一上一下";c,通电前应把阻值调至最大的地方.
五, 欧姆定律
欧姆定律:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.
公式: 式中单位:I→安(A);U→伏(V);R→欧(Ω).
公式的理解:①公式中的I,U和R必须是在同一段电路中;②I,U和R中已知任意的两个量就可求另一个量;③计算时单位要统一.
欧姆定律的应用:
①同一电阻的阻值不变,与电流和电压无关,其电流随电压增大而增大.(R=U/I)
②当电压不变时,电阻越大,则通过的电流就越小.(I=U/R)
③当电流一定时,电阻越大,则电阻两端的电压就越大.(U=IR)
电阻的串联有以下几个特点:(指R1,R2串联,串得越多,电阻越大)
①电流:I=I1=I2(串联电路中各处的电流相等)
②电压:U=U1+U2(总电压等于各处电压之和)
③电阻:R=R1+R2(总电阻等于各电阻之和)如果n个等值电阻串联,则有R总=nR
④ 分压作用:=;计算U1,U2,可用:;
⑤ 比例关系:电流:I1:I2=1:1 (Q是热量)
电阻的并联有以下几个特点:(指R1,R2并联,并得越多,电阻越小)
①电流:I=I1+I2(干路电流等于各支路电流之和)
②电压:U=U1=U2(干路电压等于各支路电压)
③电阻:(总电阻的倒数等于各电阻的倒数和)如果n个等值电阻并联,则有R总=R
④分流作用:;计算I1,I2可用:;
⑤比例关系:电压:U1:U2=1:1 ,(Q是热量)
六, 电功和电功率
1. 电功(W):电能转化成其他形式能的多少叫电功,
2.功的国际单位:焦耳.常用:度(千瓦时),1度=1千瓦时=3.6×106焦耳.
3.测量电功的工具:电能表
4.电功公式:W=Pt=UIt(式中单位W→焦(J);U→伏(V);I→安(A);t→秒).
利用W=UIt计算时注意:①式中的W.U.I和t是在同一段电路;②计算时单位要统一;③已知任意的三个量都可以求出第四个量.还有公式:=I2Rt
电功率(P):表示电流做功的快慢.国际单位:瓦特(W);常用:千瓦
公式:式中单位P→瓦(w);W→焦;t→秒;U→伏(V),I→安(A)
利用计算时单位要统一,①如果W用焦,t用秒,则P的单位是瓦;②如果W用千瓦时,t用小时,则P的单位是千瓦.
10.计算电功率还可用右公式:P=I2R和P=U2/R
11.额定电压(U0):用电器正常工作的电压.另有:额定电流
12.额定功率(P0):用电器在额定电压下的功率.
13.实际电压(U):实际加在用电器两端的电压.另有:实际电流
14.实际功率(P):用电器在实际电压下的功率.
当U > U0时,则P > P0 ;灯很亮,易烧坏.
当U < U0时,则P < P0 ;灯很暗,
当U = U0时,则P = P0 ;正常发光.
15.同一个电阻,接在不同的电压下使用,则有;如:当实际电压是额定电压的一半时,则实际功率就是额定功率的1/4.例"220V 100W"如果接在110伏的电路中,则实际功率是25瓦.)
16.热功率:导体的热功率跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比.
17.P热公式:P=I2Rt ,(式中单位P→瓦(W);I→安(A);R→欧(Ω);t→秒.)
18.当电流通过导体做的功(电功)全部用来产生热量(电热),则有:热功率=电功率,可用电功率公式来计算热功率.(如电热器,电阻就是这样的.)
七,生活用电
家庭电路由:进户线(火线和零线)→电能表→总开关→保险盒→用电器.
所有家用电器和插座都是并联的.而用电器要与它的开关串联接火线. （另外，火线又可叫作相线）
保险丝:是用电阻率大,熔点低的铅锑合金制成.它的作用是当电路中有过大的电流时,它升温达到熔点而熔断,自动切断电路,起到保险的作用.
引起电路电流过大的两个原因:一是电路发生短路;二是用电器总功率过大.
安全用电的原则是:①不接触低压带电体;②不靠近高压带电体.
八,电和磁
磁性:物体吸引铁,镍,钴等物质的性质.
磁体:具有磁性的物体叫磁体.它有指向性:指南北.
磁极:磁体上磁性最强的部分叫磁极.
任何磁体都有两个磁极,一个是北极(N极);另一个是南极(S极)
磁极间的作用:同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引.
磁化:使原来没有磁性的物体带上磁性的过程.
磁体周围存在着磁场,磁极间的相互作用就是通过磁场发生的.
磁场的基本性质:对入其中的磁体产生磁力的作用.
磁场的方向:小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向.
磁感线:描述磁场的强弱,方向的假想曲线.不存在且不相交,北出南进.
磁场中某点的磁场方向,磁感线方向,小磁针静止时北极指的方向相同.
10.地磁的北极在地理位置的南极附近;而地磁的南极则在地理的北极附近.但并不重合,它们的交角称磁偏角,我国学者沈括最早记述这一现象.
11.奥斯特实验证明:通电导线周围存在磁场.
12.安培定则:用右手握螺线管,让四指弯向螺线管中电流方向,
则大拇指所指的那端就是螺线管的北极(N极).
13.通电螺线管的性质:①通过电流越大,磁性越强;②线圈匝数越多,磁性越强;③插入软铁芯,磁性大大增强;④通电螺线管的极性可用电流方向来改变.
14.电磁铁:内部带有铁芯的螺线管就构成电磁铁.
15.电磁铁的特点:①磁性的有无可由电流的通断来控制;②磁性的强弱可由改变电流大小和线圈的匝数来调节;③磁极可由电流方向来改变.
16.电磁继电器:实质上是一个利用电磁铁来控制的开关.它的作用可实现远距离操作,利用低电压,弱电流来控制高电压,强电流.还可实现自动控制.
17.电话基本原理:振动→强弱变化电流→振动.
18.电磁感应:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流,这种现象叫电磁感应,产生的电流叫感应电流.应用:发电机
感应电流的条件:①电路必须闭合;②只是电路的一部分导体在磁场中;③这部分导体做切割磁感线运动.
感应电流的方向:跟导体运动方向和磁感线方向有关.
发电机的原理:电磁感应现象.结构:定子和转子.它将机械能转化为电能.
磁场对电流的作用:通电导线在磁场中要受到磁力的作用.是由电能转化为机械能.应用:电动机.
通电导体在磁场中受力方向:跟电流方向和磁感线方向有关.
电动机原理:是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的.
换向器:实现交流电和直流电之间的互换.
交流电:周期性改变电流方向的电流.
直流电:电流方向不改变的电流.
实验
一.伏安法测电阻
实验原理:(实验器材,电路图如下图)注意:实验之前应把滑动变阻器调至阻值最大处
实验中滑动变阻器的作用是改变被测电阻两端的电压.
二.测小灯泡的电功率——实验原理:P=UI
