[實用新型]一種基于輕質杠桿的庫侖力實驗儀

有效

• 申請號: 201920634916.0
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN210515843U
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 余登炯;景培書;林亞萍
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

本實用新型提出了一種基于輕質杠桿的庫侖力實驗儀，設置了擺球和空心導體球，兩球均與高壓直流電源的同極相連接，擺球在庫侖排斥力作用下會偏離豎直方向；控制滑動座的位置不變，調節高壓直流電源輸出電壓，觀察擺球偏角的變化，即可探究庫侖力與電荷量間的定性關系；再調節移位架，改變擺球的位置并確保其球心和空心導體球的球心處于該庫侖力實驗儀所標定的直線上，再結合讀數系統，測出兩球心間距r以及滑動座懸掛點與庫侖力實驗儀所標定的直線間的距離h，則可間接測出庫侖力F；同樣，改變高壓直流電源輸出電壓，測量多組F和r，即可探究庫侖力F與兩球心間距r間的定量關系。

技術領域

本實用新型涉及教學儀器技術領域，具體涉及一種基于輕質杠桿的庫侖力實驗儀，用于在教學中演示和探究庫侖力與哪些因素有關。

背景技術

當前教學中用于演示、探究影響電荷間相互作用力的因素的實驗儀器，如圖1所示。該實驗所涉及到的主要部件包括：球形導體О和靜電擺，影響因素自然也來自于這兩者。主要從以下四個方面分析影響因素：一是分析球形導體О和擺球所帶電荷量和漏電情況；二是分析靜電擺的質量與體積對其擺動情況的影響；三是分析擺球與球形導體О間的距離r如何確定；四是分析如何選擇懸掛線。通過分析，可以發現圖1所示實驗在以下問題或不足：

1.受實驗環境的影響較大，必需保證所處環境干燥。由于擺球和球形導體О，在潮濕的環境中，放電極快，這導致實驗現象不明顯，甚至根本沒有辦法做出實驗現象，這使得教學的時間和地點受到限制，影響正常教學。

2.只能探究電荷間的相互作用力與距離的定性關系，不能探究電荷間相互作用力與距離的定量關系，難以突出及突破本節教學內容的重點與難點。

3.球形導體О和擺球的帶電量的維持。球形導體О和擺球如果均當做電容器來出來，根據RC電路的放電規律，球形導體О和擺球上所帶電量變化如下式表示：

球形導體О放電速度極快，如果下面是用木棒做支撐，放電時間只需4s左右。球形導體О的帶電時間極短，不易看到實驗現象。

4.擺球體積小，所帶的電荷量少，放電時間更快，這也造成很難得到實驗現象或實驗現象出現的時間極短，給教學帶來諸多不便。

5.擺球和球形導體О的球心并不始終等高。初始時，擺球和球形導體О的球心等高，在同一水平連線上，但是當擺球偏離了豎直方向一定的角度后，擺球和球形導體О的球心不再等高。對擺球進行受力分析時，電荷間的相互作用力與擺球所受的重力不再相互垂直，擺球所受的電荷間的相互作用力不能用F＝mg tanθ表示，帶來諸多不便。

6.靜電擺擺動起來后不易穩定。在擺球利用細線懸掛的情況下，擺球受到庫侖力偏離豎直方向一定的角度時，不能迅速止動，會在某個位置附近振動較長時間，不利于課堂教學。

綜上，目前高中物理教學用于演示庫侖力的實驗裝置如圖1存在諸多不足，因此有必要對其改進。

實用新型內容

為了克服圖1所示實驗存在的技術缺陷，本實用新型提出了一種基于輕質杠桿的庫侖力實驗儀，包括主箱體、滑動座、靜電擺、移位架、空心導體球和讀數系統；所述滑動座、靜電擺、移位架和空心導體球均設置在所述主箱體中，所述讀數系統設置在所述主箱體的外壁上，所述滑動座設置在所述移位架上，所述靜電擺設置在所述滑動座上，所述空心導體球設置在所述移位架的下方；所述空心導體球用所述絕緣支撐桿支撐起來。