CN213070292U

CN213070292U - 一种用于定量描绘电场线的装置

Info

Publication number: CN213070292U
Application number: CN202021554557.7U
Authority: CN
Inventors: 王知非
Original assignee: Jiangsu Suweier Science Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Suweier Science Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2030-07-31

Abstract

本发明公开了一种用于定量描绘电场线的装置，包括方形底板与支架；支架为倒U形，支架的两个固定柱分别固定于方形底板的左右两侧；支架的横梁水平方向设置竖直方向贯通的滑轨；滑轨内设置能够沿水平滑轨移动的滑片；滑片设置用于安装螺杆的竖直螺孔；实验时，在方形底板的表面由下往上依次放置白纸与碳纸，螺杆竖直安装于支架的螺孔中，放电电极安装于螺杆的底端，调节螺杆的高度，使放电电极与碳纸接触；螺杆的顶部被鳄鱼夹夹持实现与电源正负极连通；放电电极与电压表的一个接线柱相连，电压表的另一个接线柱接地。本实用新型用于绘制电场线其操作较方便，实验数据合理，实验现象典型。

Description

一种用于定量描绘电场线的装置

技术领域

本发明涉及理科实验器中的物理学科静电场领域，具体涉及一种用于定量描绘电场线的装置。

背景技术

在高中物理的学习电场中涉及到“等势面”的定义“等势面是指静电场中电势相等的各点构成的面”，其主要包括的类型包括：（1）点电荷电场中的等势面；（2）等量异种电荷电场中的等势面；（3）等量同种电荷的等势面（4）匀强电场中的等势面；（5）形状不规则的带电导体附近的等势面等等。由于等势面为静电场学的基础知识，需要学生熟练理解掌握，但是其实验演示比较困难，通常是通过纯理论的方式进行展示，比如课本中的附图直接画出等势面的示意图；也有老师通过传统的演示实验的方式进行演示，典型的演示实验的方式为：将头发丝放在蓖麻油上，再加上电极，让头发丝模拟出电场线形状。这个实验存在的问题是：（1）对材料比较浪费，器材不容易清洗干净，重复操作很麻烦；（2）实验现象不稳定，离电极远的地方很难呈现出电场线的效果，实验也不易于自由探究拓展。

鉴于传统实验比较麻烦，效果不稳定，有些老师开始用碳纸进行实验来描绘电场线，这样实验过程相比较传统实验比较简单，干净。实验的基本过程如附图1所示包括：（1）拿两个金属针A、B，接在电源上，通常电压为12V的电源；（2）将这两根金属针的针尖固定在特定位置，代表点电荷，此时针的其他部分不能接触碳纸；（3）用另一根探针C接在电压表上，在碳纸上寻找同一个电压值的点，比如电压为10V的点，并将其记录下来；（4）将同电压的点连接起来，这个就是10V电压的等势面；画垂直于等势面的线，就是电场线，方向就是从正极指向负极。这种实验方式是可行的，但是存在实验操作困难且不稳定的问题。原因如下：（1）A、B针不仅仅是接触碳纸就行，接触面还得有一定的压力。实际操作中等于需要两只手一直放在这里。而且压力变化可能影响电位，要求拿针的手施力保持稳定，比较辛苦，且也不易做到；（2）C针要不停移动来找等电位点，等于也要一只手。加上第1条，需要2个人配合同时操作本实验。（3）实验仅限于双点电荷模型，其他重要的模型很难做到比如单点电荷模型，平行板电容模型，尖端放电模型等。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本发明提供一种用于定量描绘电场线的装置，能够使用支架和螺杆压力等，解决了以上问题，大大优化了碳纸描绘电场线的实验方法，可以规范、简单地完成该实验；并且借助多种电极，可以研究更多种的电场情况。本装置具体自由搭配，大大提升探究空间的优点。

2.技术方案：

一种用于定量描绘电场线的装置，包括方形底板与支架；所述支架为倒U形，支架的两个固定柱分别固定于方形底板的左右两侧；支架的横梁水平方向设置竖直方向贯通的滑轨；滑轨内设置能够沿水平滑轨移动的滑片；滑片设置用于安装螺杆的竖直螺孔；实验时，在方形底板的表面由下往上依次放置白纸与碳纸，螺杆竖直安装于滑片的螺孔中，放电电极安装于螺杆的底端，调节螺杆的高度，使放电电极与碳纸接触；螺杆的顶部被鳄鱼夹夹持实现与电源正负极连通；放电电极与电压表的一个接线柱相连，电压表的另一个接线柱接地。

进一步地，所述滑片的数目为3个，3个滑片并联排列。

进一步地，所述螺杆的中间套接能用于调节螺杆高度的绝缘调节螺母。

进一步地，所述放电电极包括点电极、圆环电极、平板电极、尖端电极、探针。

进一步地，实验时，白纸与碳纸的中间放置复写纸。

进一步地，放电电极设置螺孔结构，通过螺孔结构安装于螺杆的底部。

3.有益效果：

（1）本实用新型能够解决各种典型的电场模型的描绘，并且能够为学生探究电场提供自由拓展的空间。

（2）本实用新型中通常使用的电源电压大小为10V，这个电压既安全，整数数值也方便老师和学生选择等势线进行描绘。

（3）本实用新型中还提供了运用复写纸操作，能够实现大大节约实验成本，有利于实验的推广普及。

综上所述，本实用新型用于绘制电场线其操作较方便，实验数据合理，实验现象典型。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本实用新型的具体实施例1的实验装置图；

图3为本实用新型中螺杆与横梁的连接示意图；

图4为本实用新型中的各种电极图；

图5为本实用新型中为具体实施例的电路连接示意图；

图6为本实用新型中探究两个点电荷之间的电场线的实验结构图；

图7为本实用新型中探究点电荷接近金属面时的电场线的实验结构图；

图8为本实用新型中探究两个带电金属面的实验结构图；

图9为本实用新型中探究尖端放电的电场线的实验结构图；

图10为本实用新型中单点电荷到无穷远的电场线的实验结构图；

图11为本实用新型中探究两个金属面非中心正对时的电场线的实验结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明。

一种用于定量描绘电场线的装置，如附图2所示，包括方形底板1与支架2；所述支架为倒U形，支架的两个固定柱分别固定于方形底板的左右两侧；支架的横梁水平方向设置竖直方向贯通的滑轨；滑轨内设置能够沿水平滑轨移动的滑片3；滑片设置用于安装螺杆4的竖直螺孔；实验时，在方形底板的表面由下往上依次放置白纸与碳纸，螺杆竖直安装于滑片的螺孔中，放电电极安装于螺杆的底端，调节螺杆的高度，使放电电极与碳纸接触；螺杆的顶部被鳄鱼夹夹持实现与电源正负极连通；放电电极与电压表的一个接线柱相连，电压表的另一个接线柱接地。

进一步地，所述滑片的数目为3个，3个滑片并联排列。

进一步地，所述螺杆的中间设置能够调节螺杆高度的绝缘调节套5。

进一步地，所述放电电极包括点电极61、圆环电极62、平板电极63、尖端电极64、探针65。

进一步地，实验时，白纸与碳纸的中间放置复写纸。

具体实施例：

实验目的：探究平行板电容电荷模型的电场线。

实验步骤：

1、将实验装置如图2搭好，在底面上依次放上白纸、复写纸、碳纸。使用复写纸能够节约碳纸，因为碳纸成本较高，每次实验画图消耗一张比较浪费。

2、将图中的左右两个螺杆的下端分别安装一个金属平板电极，旋转绝缘调节螺母，使螺杆带动电极上下移动，并且压力的大小能够通过调节绝缘调节螺母在一定范围内调节，从而让电极和碳纸充分接触，在实验中只要压紧就行。

3、实验接线方式如图5。将电源接在螺杆上端。如果是要研究两个正电电极，则螺杆上端都接电源正极；如果是要研究两个负电电极，则螺杆上端都接电源负极；如果是要研究一正一负两个电极，则螺杆上端一个接电源正极，一个接电源负极。

4、平板电极接在电压表正接线柱上，电压表另一段接地。移动平板电极和碳纸的接触点，寻找等电势的点即电压表示数相同的点。用力按下，以在复写纸上印出标记。画图时用不同的符号区别不同电势的点，这样在之后连线时不会混淆。比如8V用·，6V用*，4V用○，2V用△，等等。

5、取出白纸，用铅笔在白纸上把等电势的点连起来。然后垂直于连线，画出电场线。

本装置中螺杆可以在水平方向自由移动，以调整电极之间的距离，采用3个螺杆能够实现在做单电荷的时候，需要圆环电极（表示无穷远），这时中间的螺杆压住点电极，两边的螺杆压住环形电极。

如附图4所示，电极包括点电极、圆环电极、平板电极、尖端电极、探针；图中每个电极的圆形小孔用于连接螺杆。

如附图6所示，本实验器能够通过改变电极的选择和位置，可以探究众多电场的电场线。举例如下：图6为探究两个点电荷之间的电场线；其中两个点电荷包括两个正电荷、两个负电荷、一正一负电荷；图7为探究点电荷接近金属面时的电场线；图8为探究两个带电金属面即一正一负就是标准平行板电容器之间的电场线；图9为探究尖端放电的电场线；图10为单点电荷到无穷远的电场线；图11为探究两个金属面非中心正对时的电场线。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims

1.一种用于定量描绘电场线的装置，其特征在于：包括方形底板与支架；所述支架为倒U形，支架的两个固定柱分别固定于方形底板的左右两侧；支架的横梁水平方向设置竖直方向贯通的滑轨；滑轨内设置能够沿水平滑轨移动的滑片；滑片设置用于安装螺杆的竖直螺孔；实验时，在方形底板的表面由下往上依次放置白纸与碳纸，螺杆竖直安装于滑片的螺孔中，放电电极安装于螺杆的底端，调节螺杆的高度，使放电电极与碳纸接触；螺杆的顶部被鳄鱼夹夹持实现与电源正负极连通；放电电极与电压表的一个接线柱相连，电压表的另一个接线柱接地。

2.根据权利要求1所述的一种用于定量描绘电场线的装置，其特征在于：所述滑片的数目为3个，3个滑片并联排列。

3.根据权利要求1所述的一种用于定量描绘电场线的装置，其特征在于：所述螺杆的中间套接能用于调节螺杆高度的绝缘调节螺母。

4.根据权利要求1所述的一种用于定量描绘电场线的装置，其特征在于：所述放电电极包括点电极、圆环电极、平板电极、尖端电极、探针。

5.根据权利要求1所述的一种用于定量描绘电场线的装置，其特征在于：实验时，白纸与碳纸的中间放置复写纸。

6.根据权利要求1所述的一种用于定量描绘电场线的装置，其特征在于：放电电极设置螺孔结构，通过螺孔结构安装于螺杆的底部。