书城教材教辅培养学生动手能力小丛书:教你制作日常电子
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第109章 回旋加速器

在高能物理研究工作中,为了获得高速运动的粒子(如中子、α粒子等),普遍使用一种叫做“回旋加速器”的电磁设备。这里介绍的“加速器”,用一只钢球代表粒子,能够直观地演示加速器的原理。

为了吸引人,加速器开动后,除了钢球飞转外,还伴有音调不断变化的哨声,可进一步增加趣味性,是一种有益的电子玩具。

用一块500毫米×500毫米的干燥木板(或硬塑板),在上边固定一环形轨道。该轨道可用直径4毫米的裸铜线或镀锌铁丝制作,外轨道为直径465毫米的闭合圆环,内轨道直径为450毫米,由6段互相绝缘的圆弧组成,各圆弧间为相距1~2毫米的隙缝。外轨应比内轨高1~2毫米,以防钢球滚动时,因离心力而甩出轨外。

整个原理图如图9-9所示。开始时直径20~22毫米的钢球位于线圈L3形成的“隧洞”入口处,即图中内轨第1段处,这时L3电流接通(该电流从变压器B次级下端经外轨道,再经钢球到内轨道,通过线圈L3流回B1次级),这时线圈L3产生电磁力,将钢球吸入线圈筒内。当钢球滚出内轨第图9-91段后,线圈L3的电源切断,失去吸力,钢球即依靠惯性继续滚动,当又运动到内轨第1段处,整个过程又重复一遍。这样,钢球滚动不停,其速度会逐渐加快,恰似真的回旋加速器一般。

三极管BG1和BG2等组成低频振荡器,其振荡频率取决于BG1的基极电阻(R1~R4)。所以当钢球在轨道运动时,经过第2段轨时,将R1接入线路;经过第3段轨时,又将R2接入……这样随着钢球的运动,该振荡器的振荡频率不断变化,发出音调变化的哨声。

线圈L3是关键部件,制作时,可取内经28毫米、长70毫米的线圈筒,用直径0.4毫米的漆包线绕1500匝(这时筒两端的档板直径可取40毫米)。组装时,应使轨道从线圈中穿过,所以应在底板上线圈的安装处预先挖好一个相应的槽。

电源变压器B1,可用断面20毫米×30毫米的铁芯,初级L1用直径0.27毫米的漆包线绕1600匝,次级L2则用1.0毫米的漆包线绕300匝,在70、260、270、280和290匝处抽头。拨动开关K1,可以改变线圈L3的电源电压,以控制钢球运动速度。二极管D1与电解电容器C1(500)组成整流电路,供给振荡器电源。三极管可用3AX31或3AX81,二极管可用2CP型。