一种摆式库仑定律实验仪的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种中学物理教学与实验仪器，尤其涉及一种摆式库仑定律实验仪。


背景技术：

[0002]
库仑定律是人教版高二《物理》第一章第二节的内容，是电荷间相互作用的规律，目前是学生必学的一个定律，但由于带电小球不能与其他物体接触（只要接触就很容易放电），很难控制带电小球间的距离，实验效果也不明显，教师常常只是口述并结合课本中的插图和板书来讲解其定律内容，而不能直观地为学生们演示电荷间的相互作用规律，更不能通过控制变量法来定量验证库仑定律，确定各因素之间的关系，使得教学效果不够理想。


技术实现要素：

[0003]
为了直观并且便捷地用实验去验证库仑定律，打破定性的局限，增强实验的直观性和可操作性，本实用新型提供一种摆式库仑定律实验仪，涉及一种中学物理教学与实验仪器。该实验仪主要由调节旋钮、止动杆、有机玻璃罩、背板、同步皮带、滑块、从动轮、量角器、摆线、小球、指针、绝缘杆、配重块、水平仪、调平螺栓、木盒、底板、固定夹、干燥剂、刻度、平面镜、玻璃盖、支架、主动轮、齿轮和卡扣等部分组成。整个实验仪作为一个整体使用非常方便。按照本实用新型所提供的设计方案，原理简单，师生都便于操作。本实用新型解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。
[0004]
1、该实验仪包括调节旋钮、止动杆、止动开关、有机玻璃罩、背板、一号同步皮带、一号滑块、一号从动轮、固定螺丝、量角器、一号摆线、一号小球、三号小球、指针、u型卡扣、调节螺母、绝缘杆、配重块、水平仪、调平螺栓、木盒、毛皮、丝绸、玻璃棒、橡胶棒、底板、固定夹、干燥剂、透明软塑槽、细绳、刻度、平面镜、玻璃盖、二号小球、二号摆线、二号滑块、二号从动轮、支架、二号同步皮带、二号主动轮、一号主动轮、三号主动轮、三号同步皮带、一号齿轮、二号齿轮、三号从动轮、l型卡扣，其中所述的背板和有机玻璃罩整体呈长方体型，背板比有机玻璃罩宽，背板和有机玻璃罩靠底板固定支撑，背板垂直固定在底板后部，有机玻璃罩紧挨着背板通过固定夹固定在底板上，上部通过固定夹固定在背板上，可以拆卸，方便检修有机玻璃罩内的配件，一号小球、二号小球和三号小球都是相同规格的、表面涂满铜粉并擦得光亮用电子天平测出质量为m的轻质小球。
[0005]
2、所述的有机玻璃罩左侧板上有一个玻璃盖，打开玻璃盖，可以让玻璃棒或橡胶棒等伸进有机玻璃罩内，通过接触或靠近一号小球或二号小球来改变一号小球或二号小球的带电情况，玻璃盖中间固定有一个顶珠把手，周围有一圈硅胶圈。
[0006]
3、所述的刻度刻在有机玻璃罩前面板上，刻度的零刻线与一号摆线和二号摆线的两个悬点中线位置相平，是向两端逐渐变大的长度刻度，有机玻璃罩前面板上还有一个透明软塑槽，透明软塑槽和刻度平行，在透明软塑槽的上方，便于调节调节螺母移动指针，指针下方固定有配重块，使指针始终保持竖直状态，指针的左边缘与一号小球的右边缘对齐，
利用平面镜来确定指针的左边缘的示数，指针的左边缘的示数乘以2即为两球之间的距离r。
[0007]
4、所述的一号同步皮带、一号滑块、一号从动轮、量角器、一号摆线、一号小球、平面镜、二号小球、二号摆线、二号滑块、二号从动轮、支架、二号同步皮带、二号主动轮、一号主动轮都在有机玻璃罩里面，一号同步皮带和二号同步皮带是单面齿皮带，一号同步皮带套在一号主动轮和一号从动轮上，二号同步皮带套在二号主动轮和二号从动轮上，固定着一号小球的一号摆线悬在一号滑块上，固定着二号小球的二号摆线悬在二号滑块上，支架固定在背板上，一号滑块固定在一号同步皮带上，二号滑块固定在二号同步皮带上，同时一号滑块和二号滑块挂在支架上，一号摆线和二号摆线都是不可伸长的绝缘细线，一颗固定螺丝穿过量角器的圆心和另一颗固定螺丝把量角器固定在一号滑块上，一号小球通过一号摆线、二号小球通过二号摆线分别悬挂在一号滑块和二号滑块的固定螺丝上，一号摆线和二号摆线的两个悬点位置相平，一号滑块和二号滑块中间的最小间隔是一个小球直径距离。
[0008]
5、所述的三号主动轮、三号同步皮带、一号齿轮、二号齿轮和三号从动轮都在背板的后面，l型卡扣扣在平面镜后面，使镜面固定在量角器下面的背板上，平面镜可以拆卸，三号主动轮的轴杆穿过背板与调节旋钮相连，一号齿轮的轴杆穿过背板与一号主动轮相连，二号齿轮的轴杆穿过背板与二号主动轮相连，三号主动轮、一号齿轮和三号从动轮右边共外切线，三号同步皮带是双面齿皮带，从一号齿轮、二号齿轮中间穿过并与一号齿轮、二号齿轮互相咬合，套在三号主动轮和三号从动轮上，调节调节旋钮可以使三号主动轮转动，通过三号同步皮带带动一号齿轮、二号齿轮同时反向转动，从而带动一号同步皮带和二号同步皮带使一号滑块和二号滑块沿支架同步反向移动。
[0009]
6、所述的三号小球、指针、u型卡扣、调节螺母、绝缘杆、水平仪、调平螺栓和木盒都在有机玻璃罩外面，木盒固定在底板前部，木盒里面放有毛皮、丝绸、玻璃棒和橡胶棒，不用时木盒的盖子是盖上的，调平螺栓安装在底板上，水平仪固定在底板上，通过调节底板上的调平螺栓，根据底板上固定的水平仪来调节底板水平，从而使背板保持竖直状态， u型卡扣固定在背板右侧，不能移动，三号小球固定在绝缘杆上连为一体，不用时固定着三号小球的绝缘杆就扣在u型卡扣上，固定着三号小球的绝缘杆可以取卸。
[0010]
本实用新型的有益效果是：在实验过程中带电小球不会与其他物体接触（只要接触就很容易放电），可以通过滑块的移动来控制带电小球间的距离，实验效果明显，教师和学生都能直观地演示电荷间的相互作用规律，还可以通过控制变量法来定量验证库仑定律，确定各因素之间的关系，使得教学效果不够理想。利用干燥剂和有机玻璃罩使整个实验仪受外界的影响小，实验成功率高，使得教学效果更好。
附图说明
[0011]
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明，图1是本实用新型的正面结构示意图，图2是本实用新型的背面结构示意图，图3是本实用新型的齿轮咬合放大结构示意图。
具体实施方式
[0012]
本实用新型提出了一种摆式库仑定律实验仪，能比较快捷、直观地演示电荷间的相互作用规律实验，并且定量地验证库仑定律。
[0013]
本实用新型的正面结构示意图如图1所示，该实验仪包括调节旋钮1、止动杆2、止动开关3、有机玻璃罩4、背板5、一号同步皮带6、一号滑块7、一号从动轮8、固定螺丝9、量角器10、一号摆线11、一号小球12、三号小球13、指针14、u型卡扣15、调节螺母16、绝缘杆17、配重块18、水平仪19、调平螺栓20、木盒21、毛皮22、丝绸23、玻璃棒24、橡胶棒25、底板26、固定夹27、干燥剂28、透明软塑槽29、细绳30、刻度31、平面镜32、玻璃盖33、二号小球34、二号摆线35、二号滑块36、二号从动轮37、支架38、二号同步皮带39、二号主动轮40、一号主动轮41、三号主动轮42、三号同步皮带43、一号齿轮44、二号齿轮45、三号从动轮46、l型卡扣47，其中所述的背板5和有机玻璃罩4整体呈长方体型，背板5比有机玻璃罩4宽，背板5和有机玻璃罩4靠底板26固定支撑，背板5垂直固定在底板26后部，有机玻璃罩4紧挨着背板5通过固定夹27固定在底板26上，上部通过固定夹27固定在背板5上，可以拆卸，方便检修有机玻璃罩4内的配件，一号小球12、二号小球34和三号小球13都是相同规格的、表面涂满铜粉并擦得光亮用电子天平测出质量为m的轻质小球。
[0014]
所述的有机玻璃罩4左侧板上有一个玻璃盖33，打开玻璃盖33，可以让玻璃棒或橡胶棒等伸进有机玻璃罩4内，通过接触或靠近一号小球12或二号小球34来改变一号小球12或二号小球34的带电情况，玻璃盖33中间固定有一个顶珠把手，周围有一圈硅胶圈，干燥剂28用细绳30捆上放在有机玻璃罩4里面，部分细绳30放在有机玻璃罩4外面，中间被玻璃盖33卡住不掉，刻度31刻在有机玻璃罩4前面板上，刻度31的零刻线与一号摆线11和二号摆线35的两个悬点中线位置相平，是向两端逐渐变大的长度刻度，有机玻璃罩4前面板上还有一个透明软塑槽29，透明软塑槽29和刻度31平行，在透明软塑槽29的上方，便于调节调节螺母16移动指针14，指针14下方固定有配重块18，使指针14始终保持竖直状态，指针14的左边缘与一号小球12的右边缘对齐，利用平面镜32来确定指针14的左边缘的示数，指针14的左边缘的示数乘以2即为两球之间的距离r。
[0015]
所述的一号同步皮带6、一号滑块7、一号从动轮8、量角器10、一号摆线11、一号小球12、平面镜32、二号小球34、二号摆线35、二号滑块36、二号从动轮37、支架38、二号同步皮带39、二号主动轮40、一号主动轮41都在有机玻璃罩4里面，一号同步皮带6和二号同步皮带39是单面齿皮带，一号同步皮带6套在一号主动轮41和一号从动轮8上，二号同步皮带39套在二号主动轮40和二号从动轮37上，固定着一号小球12的一号摆线11悬在一号滑块7上，固定着二号小球34的二号摆线35悬在二号滑块36上，支架38固定在背板5上，一号滑块7固定在一号同步皮带6上，二号滑块36固定在二号同步皮带39上，同时一号滑块7和二号滑块36挂在支架38上，一号摆线11和二号摆线35都是不可伸长的绝缘细线，一颗固定螺丝9穿过量角器10的圆心和另一颗固定螺丝9把量角器10固定在一号滑块7上，一号小球12通过一号摆线11、二号小球34通过二号摆线35分别悬挂在一号滑块7和二号滑块36的固定螺丝9上，一号摆线11和二号摆线35的两个悬点位置相平，一号滑块7和二号滑块36中间的最小间隔是一个小球直径距离。
[0016]
如图2所示，是本实用新型的背面结构示意图，所述的三号主动轮42、三号同步皮带43、一号齿轮44、二号齿轮45和三号从动轮46都在背板5的后面，l型卡扣47扣在平面镜32
后面，使镜面固定在量角器10下面的背板5上，平面镜32可以拆卸，三号主动轮42的轴杆穿过背板5与调节旋钮1相连，一号齿轮44的轴杆穿过背板5与一号主动轮41相连，二号齿轮45的轴杆穿过背板5与二号主动轮40相连，三号主动轮42、一号齿轮44和三号从动轮46右边共外切线，如图3所示，是本实用新型的齿轮咬合放大结构示意图，三号同步皮带43是双面齿皮带，从一号齿轮44、二号齿轮45中间穿过并与一号齿轮44、二号齿轮45互相咬合，套在三号主动轮42和三号从动轮46上，调节调节旋钮1可以使三号主动轮42转动，通过三号同步皮带43带动一号齿轮44、二号齿轮45同时反向转动，从而带动一号同步皮带6和二号同步皮带39使一号滑块7和二号滑块36沿支架38同步反向移动。
[0017]
所述的三号小球13、指针14、u型卡扣15、调节螺母16、绝缘杆17、水平仪19、调平螺栓20和木盒21都在有机玻璃罩4外面，木盒21固定在底板26前部，木盒21里面放有毛皮22、丝绸23、玻璃棒24和橡胶棒25，不用时木盒21的盖子是盖上的，调平螺栓20安装在底板26上，水平仪19固定在底板26上，通过调节底板26上的调平螺栓20，根据底板26上固定的水平仪19来调节底板26水平，从而使背板5保持竖直状态， u型卡扣15固定在背板5右侧，不能移动，三号小球13固定在绝缘杆17上连为一体，不用时固定着三号小球13的绝缘杆17就扣在u型卡扣15上，固定着三号小球13的绝缘杆17可以取卸。
[0018]
进行实验的时候，先打开玻璃盖33，用长金属导线使一号小球12、二号小球34和三号小球13接一下地，确保3个球开始不带电，把干燥剂28用细绳30捆上放入有机玻璃罩4里面（如果天气干燥可以省略这一步骤），留部分细绳30放在有机玻璃罩4外面，便于更换，盖上玻璃盖33，同时调节底板26上的调平螺栓20，根据底板26上固定的水平仪19来调节底板26水平，从而使木板保持竖直状态，此时一号摆线11自由下垂时对准量角器10的零刻度线（如果有零误差则要取下固定螺丝9转动量角器10调整好后，再固定量角器10），一号小球12和二号小球34接触，等干燥5分钟后（根据具体情况确定干燥时间），打开玻璃盖33，用丝绸摩擦过的玻璃棒同时接触一号小球12和二号小球34后马上拿开并盖上玻璃盖33，发现一号小球12和二号小球34迅速互相被推开，由于两球的质量规格相同，所以两球在同一高度处，且关于刻度31的零刻线对称，调节调节螺母16，移动指针14，使指针14的左边缘与一号小球12的右边缘对齐，利用平面镜32来确定指针14的左边缘的示数，记录下此时一号摆线11对准量角器10的示数θ和指针14的左边缘的示数l，松开止动杆2，转动调节旋钮1使一号滑块7和二号滑块36逐渐远离，依次改变一号小球12和二号小球34之间的距离，止动后读数，重复上述操作，读出每次一号摆线11对准量角器10的示数θ和指针14的左边缘的示数l，记录于实验表格中，实验完毕后，盖上玻璃盖33。然后依据实验数据，利用公式和计算出每次一号小球12所受的库仑力f和两球之间的距离r，并计算出r
2
的值，记录于实验表格中，根据处理后的数据绘出当带电量不变时库仑力f和r
2
之间的函数图像并分析，验证库仑定律。
[0019]
将一号小球12和二号小球34的距离变为实验起始位置，调节调节螺母16移动指针14，使指针14的左边缘与一号小球12的右边缘对齐，调节调节螺母16固定指针14的位置，读出一号摆线11对准量角器10的示数θ和指针14的左边缘的示数l并记录，打开玻璃盖33，拿起固定着三号小球13的绝缘杆17，让不带电的三号小球13挨一下一号小球12，使一号小球12电荷量减半，调节调节旋钮1控制一号小球12至刻度31上方指针14的相同位置处，读出一号摆线11对准量角器10的示数θ并记录，三号小球13马上拿出接地，再让不带电的三号小球
13挨一下二号小球34，使二号小球34电荷量也减半，重复上述操作，记下每次两球的带电量q情况，读出一号摆线11对准量角器10的示数θ并记录，实验完毕后，盖上玻璃盖33。然后依据实验数据，利用公式计算出每次一号小球12所受的库仑力f，记录于实验表格中，根据处理后的数据绘出当距离不变时库仑力f和q之间的函数图像并分析，验证库仑定律。
[0020]
在实际操作时，本实用新型也可以配合起电机使用，利用起电机让一号小球12和二号小球34带上等量同种电荷，调节调节旋钮1控制一号小球12和二号小球34至刻度31上方不同位置处，用指针14的左边缘与一号小球12的右边缘对齐，读出每次一号摆线11对准量角器10的示数θ和指针14的左边缘的示数l，读出的示数l乘以2即为两球之间的距离r，记录在实验表格中。
[0021]
如果要探究异种电荷间的作用规律，则要先转动调节旋钮1使一号滑块7和二号滑块36远离，推动止动开关3，利用止动杆2对调节旋钮1止动，拆下有机玻璃罩4，取下固定螺丝9，顺时针转动量角器10至一号摆线11自由下垂时对准30度（可以根据具体情况调整，因实际操作中一号摆线11的偏角一般不超过30度），再用固定螺丝9把量角器10固定，再装上有机玻璃罩4，配合起电机使用，用起电机使一号小球12和二号小球34带上等量异种电荷，依次减小一号小球12和二号小球34之间的距离或改变带电量（一定要避免一号小球12和二号小球34接触放电），此处数据记录为，重复上述实验，多次实验后，根据观察到的实验现象及数据处理结果归纳得出实验结论。
[0022]
上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

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