地震声光报警器的设计与制zuo

第20卷总第174期物　理　教　学　探　讨
Vol .20　NO .174
2002年第12期
Journal o f P hysic s T eac hing
12.2002　.41.
地震声光报警器的设计与制作
重庆市四十八中学(400700) 何广仲
1　地震声光报警器的原理
1.1　制作背景
地震是一种可怕的自然灾害,它经常发生在
人们熟睡的深夜,使人防不胜防。

这里介绍一种适合教学和家庭使用的地震声光报警器。

当地震发生时,它会发出响亮的警笛和照明灯光,使人们尽快转移到安全地方去。

通常地震会产生两种波,一种是纵波,也称直线波,从震中产生快速传出,并伴有低沉的地声和奇异的地光,但破坏性不大,另一种是横波也称剪切波,有极大的破坏性,但传播较慢,一般浅源地震,横波传到地面的时间要晚几秒到几十秒,深源地震则可晚几十秒,这就给人们躲避地震灾害提供了一点宝贵的时间。

本报警器就是根据上述规律制作而成的。

1.2　原理
图1是该报警器的电路图,地震探测形状开关S Q 和单向可控硅V S 、电阻R 1组成了电子开关、集成开关电路,集成电路A 和V T 1、V T 2、BL 等构成了模拟警笛声音响电路,H L 为照明小电珠。

当发生4级以上的地震时,随着大地的震动而发出的纵波,使接受系统探测开关S Q 的弹簧悬挂的重垂发生上、下振动,并使可控硅V S 控制极导通、触发,使电子开关导通,小电珠H L 发光;同时集成电路A 也通电工作,其输出端输出内存模拟警笛声电信号。

经VT 1、V T 2构成的直接耦合功率放大器放大后,推动扬声器BL 发出响亮的警报声,使人们能迅速撤离危险至安全地带的时间。

同时本
装置也能接收到地震发出的第二种波横波(也称剪切波),当大地地震的晃动时,探测开关S Q 就会随着大地的晃动而接通,此时电源经R 1和S Q 触发单向可控硅V S 导通。

V S 一旦导通,便会保持住导通状态,使小电珠H L 通电发光;同时集成电器A 也通电工作,其输出端输出内存模拟警笛声电信号,经V T 1、VT 2构成的直接耦合功率放大器放大后,推动扬声器BL 发出响亮的警报声。

电路中,R 2是集成电路外接振荡电阻器,改变其值可以调节警报声的频率。

S B 是警报信号解除开关。

使用时,将报警器安放在卧室内不易受外界其它振动或刮风等干扰的地方,安好电池,电路即进入监视地震状态,此时电路几乎不耗电。

2　地震声光报警器的制作2.1　元器件选择
(1)A 选用KD ———9561型四声模拟声集成电路。

该集成电路采用软包封形式,芯片尺寸为32.5m m ×10m m 。

其中SEL 1和SEL 2是两个选声端,当SEL 1接V DD 、SE L 2悬空时,A 输出警笛声;当SE L 1接V SS ,SE L 2也接V SS 时,为救护车声;当SEL 1悬空,而SEL 2分别接V DD 或V SS 时,将分别发出机枪声和消防声。

本电路中,我们选用的是警笛声。

读者可选择其余3种声音中的任何一种,只需改变SEL 1和SEL 2的接法即可。

(2)V S 选用普通MCR 100———6或B T 169、ZN 6565型小型塑封单向可控硅。

VT 1用9014或3DG 8型硅NP N 三极管,要求β>50;VT 2用3AX 81型
锗PNP 三极管。

要求β>30。

(3)R 1、R 2均用RTX —1/8W 型小型碳膜电阻器。

HL 用市售手电筒专用3.8V 、0.3A 小电珠。

BL 用8Ψ、0.25W 小口径动圈式扬声器。

S B 用小型自复位常闭按钮开关,也可用一般单刀单掷开关来代替。

ε用3节5号电池串联(4.5V )组成。

2.2　地震声光报警器的制作
图2是地震声光报警器的印制电路板图。

印制的实际尺寸为34mm ×40m m ,读者只要用刻刀将
Vol.20　No.174物　理　教　学　探　讨第20卷总第174期12.2002　.42.Journal　o f　P hysic s　T eac hing2002年第12期
巧用投影进行光圈和快门的演示
重庆市大足中学(402360) 龚爱华
在初中《照相机》一节的教学中,笔者发现学生对光圈和快门知识的学习普遍感到比较困难,教师虽然根据挂图或照相机的实物对光圈和快门的工作原理和过程进行了详细的讲解,但是由于学生不能直接观察到照相机内部的光圈和快门,以及对它们实际工作的过程缺乏感性认识,因而在理解光圈和快门对曝光量的控制时存在着极大的障碍。

如何突破这一教学的难点呢?最简单而直接的办法,就是让每个学生都能亲自观察到光圈和快门的工作过程,这个难点不就迎刃而解了吗!拆开照相机进行观察是不可取的,笔者经过长期时间的尝试,找到了一个可巧妙地利用投影来突破这一难点的办法,其具体操作方法如下:
取一部旧式机
械快门的135型照相
机(如:珠江s-201
型),先把速度盘调
至B门,快门就处于
常开状态。

将其镜头
立放在投影仪的投影平台上,然后打开照相机的后盖,投影平台里发出的光线就可以经过镜头无遮挡地投影到银幕上,形成一个明亮的圆形光斑(如图)。

当调节光圈环(即调节光圈孔径的大小)时,可以使全班同学都清楚地观察到光斑的大小也随之发生变化。

教师在演示的同时就可配合说明环境光线较弱时,就把光圈的孔径调大一些,增大透过的光线数量。

环境光线较强时,可把光圈的孔径调小一些,以减少透过的光线数量。

然后把速度盘调至“1×”处,在此状态,快门是关闭的,这时光线就不能通过照相机的镜头而投影出光斑。

进行卷带后,再按下快门键,能清楚地在银幕上观察到快门片迅速打开,并看到光斑,一秒后快门片迅速关闭,光斑立刻消失。

再把速度盘调至“60×”处,重复刚才的操作过程,可观察到快门打开极短的时间(1/60秒)后迅速关闭。

教师同时配合说明快门通过控制开关的时间来控制胶片曝光的时间。

由于我上课时采用了以上的演示过程,学生对光圈和快门对曝光量的控制,从而得到曝光适度的胶片这一问题的理解就十分容易,学生学习的兴趣也被极大地调动了起来,教学的效果十分令人满意,有兴趣的教师不妨一试。

(栏目编辑　王柏庐)
黑线处铜箔划开即可。

印板不必打孔,元件直接焊在铜箔面上。

A芯片通过4根硬导线与自制印板对接起来。

地震探测支架要求具有足够的灵敏度。

探测开关的金属重锤可用建筑工匠吊垂线用的电镀金属吊线锤,并用细漆包线与重锤焊接起来,再用汽车轮胎线作为悬挂线,并在其上端与弹簧一端相连,弹簧可选用弹性系数小的为好(反应灵敏)。

重锤尖下部所要接触的部分选用金属箔,并将其内置在金属容器凹面中,并用导线与之相连。

重锤与金属容器中金属箔间的距离可通过上端调节螺母调节,通过实验验证,一般调整为1.5～2.5m m
为
图3　地震声光报警器外观图
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模拟爆炸　防范灾害
江苏邳州市官湖高级中学(221321) 李宗云　郭兴林
接连不断的矿井瓦斯爆炸,家用煤气爆炸,面粉厂、纺纱厂、木料加工厂等粉尘爆炸,给人的生命财产造成了巨大的损失,在人民的心灵上留下了难以愈合的创伤。

可是许多人并没有痛定“思”痛,甚至有人还会对这么一个不起眼的小火星,直径不足千分之一厘米的小微粒会造成这么的破坏力表示怀疑!作为教育工作者,我们有必要向学生及其广大公民普及这方面的科普知识,为提高民族的科学素养作出贡献。

下边我们通过一个小实验来模拟这类爆炸。

实验需要一个盛胶卷用的塑料包装盒,最好是透明的。

找一个电子打火机,从中取下电子,分开电子的两个放电电极,用细漆包线分别与电子的两电极相连,细漆包的另外两端,用透明胶布固定在一定间隙内,保证按下电子时两端之间能够跳出火星。

在胶圈盒内滴入1—2滴纯酒精,再把这对加长了的电极放入胶卷盒中央,盖上盖子。

约两分钟,盒内便有一定浓度的酒精雾滴。

按下电子,就会听到很响的爆炸声,盒盖冲向空中,同时还可以看到盒内因爆炸而产生的橘红色的火焰。

在做这个实验时,注意盒盖不要对着人。

由于我们使用的酒精很少,能量有限,所以实验是安全的,而本文开头所说的那些爆炸,能量及破坏性却是巨大的。

其实,任何的可燃物质,当它们在空中的浓度(液体的雾滴、固体的粉尘)达到一定的值,并遇到火源时,都会发生爆炸,有时还会进一步引起火灾。

因引,首先要尽力治理这种易燃易爆的环境,其次要杜绝星星火种。

只要看过或做过这个实验的人在诸如煤矿、粮库、化工厂、纺织车间……等环境时就会提高警惕性。

进一步了解杜绝火种的极端重要性。

在他们进入易燃、易爆车间时,就会自觉换上防静电的工作服、拒绝穿带钉的鞋子……,做好一切防范措施。

(栏目编辑　王柏庐)
平行载流导线的相互作用实验改进
四川泸州六中(646000) 余泽红
人教版高中物理第二册关于“平行载流导线的相互作用”实验,如果改用铝箔条来代替导线,演示效果非常明显。

方法如下:
从废电容器里取出铝箔,剪成
两根宽约2厘米、长约40厘米的铝
箔条,分别在两端用图钉钉在一块
厚约1.5厘米的木条上,每根图钉处
引出一根导线,再将木条按图示固
定在铁架台上,注意不要将铝箔绷
得太紧,也不可过松,以用手捏住铝
箔中部能合在一起为宜。

演示时,分别将两根铝箔通以直流电流,即可看到相吸或相斥的现象,效果明显,可见度大,但要注意须使用干电池勿使用蓄电池,以免使蓄电池短路而受到损坏。

(栏目编辑　王柏庐)
宜,间距越小,报警灵敏度越高。

另外,为了保证足够的灵敏度,重锤支架的高度不应小于1m。

制作成的地震声光报警器的外观图见图3。

3　地震声光报警器的使用
通过调节螺母,调节震动灵敏度。

通过模拟地震,其报警在4级以上效果好,很值得在家庭中推广使用。

该装置曾经在重庆市首届(1999年)中小学实践教学成果评选中获奖。

(栏目编辑　王柏庐)。