小发明创造设计方案试卷教案.doc

小发明创造设计方案
一、 提出问题:
石英钟用电池供电,电池不仅使用寿命短,而且污染环境.
(据可靠资料记载,每一节5号电池对水源的污染,相当于一个三口之家一年的饮水量.现在全世界范围内大家都在宣传环境保护,我国也将保护环境列为我国基本国策.人口量占世界五分之一的中国,理应挑起节能环保的重担,不能仅仅作为口号,更应抓住一切的机会,从生活中的点点滴滴做起,争取早日达到构建和谐社会的目标.)
二、 方案设计

方案
利
弊
1
改进表内部结构
使其耗能更少
可以在一定程度上
增长电池使用时间
并不能从根本上解决问题
废旧电池依然污染环境
2
用可充电电池
使电池循环使用
间接减少对环境的污染
成本较高
而且充电也不方便
3
彻底不用电池
用老式上弦表
不污染环境
每次上弦后使用时间太短
太麻烦
4
改进内部结构
改变能量转化方式
使用时间长
不污染环境
成本低

三、 选择并改进
根据上表不难看出,第四种方案集成了所有的优点,目前为止有没有什么弊端,故选择第四个方案.
探索过程:
首先,我们亲自拆卸了一块石英钟,仔细观察了石英钟的内部结构(主要由一个齿轮组,电动机和电池组成,电池供应给发动机电能,发动机利用电能带动齿轮转动).由此我们想到,只要设计一个可以手动供能的发动机,代替原来的发动机和电池组,就可以了.
于是,我们开始着手研究制作手动发电机.从一个同学那里,我们借来了一个可以手动充电的手电筒.将它拆卸后,我们认真研究了手动充电手电筒的内部结构:
主要有两个电路组成,义的电路以纽扣电池为电源,另一个是瞬时供电电路.当关闭有电池电路的开关后,挤压手柄,手柄带动内部一系列齿轮工作,最终带动一个磁极转动,此磁极又一相对磁极,下面缠有金属线圈,磁极转动后,使灯泡发光.虽然不能持久发光,但也突破了电池供电的传统.我们只要对其供能方式作简单的改进,使其具有储能功能,就可以应用在石英钟上,对石英钟进行持久供电了.

四、 设计
针对手动充电手电筒不能持续供能的问题,我们想到了一个解决的办法:引进一个电容器作为储能的装置,用通过手摇提供电流的装置为电容器充电,再将此电容器作为新的电源.将新电源的正负极接在石英钟内部电池所在位置,即用电容器取代原来的电池,从而解决使用电池会污染的问题.
另外需要说明的是,新设计的电路,要把电容器的充电电路和放电电路分开控制,在各自的电路中接入开关,以便于控制整套装置,防止充、放电电路相互干扰.
补充:
1、 尽量选择电容器较大的电容器,C=σS/d，横截面积S越大，板间距离越小，电容越大。因此可以将两板卷起来使其成为圆柱形，以达到节省体积的目的。
2、 要避免充电的时候电压超过电容器的击穿电压，否则电容器报废。当然，也可以在放电电路外在设计一个安全电路与电容器连接，以此保证电压在安全范围内。接近电压最大安全值时，红灯亮作为警报，操作者可以及时停止挤压收兵充电。可以用二极管控制电路。电路如图所示：

五、 问题探讨：
用电容器作为电源，有可能会使电流不稳定，如果起伏过大就会造成石英钟走得不准，可以进一步改进电容器或接入另外的电器元件，使放电电路中流有稳恒电流。
六、 我们说！
我们都认为这是一个很好的方案，既节能有环保。当然，可能有人会说：“现在一节5号电池可以保证一块石英钟走半年的时间，很便宜很方便，我们根本没有必要换。”但是，我们说！这不仅仅是经济上的问题，更是思想观念上的问题。节能环保表的普及有助于在全国范围内人们对环保的认识。通过日常用品让人们时时刻刻想到环保节能。而且，节能环保表也有很强的实用性。