CN215341609U - 近真空环境下库仑定律定量探究演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，用于库伦定律定量研究实验，包括真空罩、底座、分析天平、第一授电金属球、第二授电金属球、第一带电金属球和第二带电金属球，其所述真空罩通过紧固件安装于所述底座；所述分析天平内置于所述真空罩并且所述分析天平放置于所述底座。本实用新型公开的一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，其通过巧妙设计和制作，不断改进试验设备的气密性，成型的实验设备操作方便、原理简单易懂，数据测量精准，通过实验数据分析可以定量得出库仑定律规律。

Description

近真空环境下库仑定律定量探究演示仪

技术领域

本实用新型属于库仑定律试验技术领域，具体涉及一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪。

背景技术

库仑定律定量研究实验方法和实验思想是高中物理实验思维和实验方法教学的一个重要素材。人教社2019版高中物理必修三教材继续沿用上版教材给库仑定律演示实验方案，一个是定性探究演示实验方案，该演示实验通过带电体和静电摆带上同种电荷,改变带电体与静电摆球之间距离，观察静电摆与铅垂线之间夹角的变化，从而分析库仑力F的变化，得出F与r之间关系。在定性探究库仑力F与电荷量之间关系时，通过改变带电体所带电荷量，来观察静电摆偏离的角度，从而分析F与Q之间的关系。以上实验原理简单易懂，但存在如距离和夹角的测量稳定性差问题导致误差较大，还有如实验过程中带电体电荷量在空气环境中电荷较易流失等问题导致实验出现较大误差不利于教学开展。

教材给出的另一实验是库仑扭秤实验，旨在引导学生对电场力、电荷量和距离间关系进行定量探究，但由于实验操作难度较大和实验数据的获得比较困难，演示实验成功率不高。有不少教师对库仑定律实验进行了创新设计，比如运用分析天平对库仑定律演示实验中库仑力进行测量等，但都存在空气环境下带电体漏电现象以及距离测量不精准等情况导致库仑定律定量研究实验不够准确，从而影响演示实验效果。根据以上情况，本实用新型对库仑定律演示实验做了相关改进以确保在近真空环境下高精度进行库仑定律的定量研究演示实验。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，其通过巧妙设计和制作，不断改进试验设备的气密性，成型的实验设备操作方便、原理简单易懂，数据测量精准，通过实验数据分析可以定量得出库仑定律规律。在实际教学中，通过本实用新型的演示仪进行库仑定律定量探究，可以让学生高效理解库仑定律规律及其实验思想方法，极大地提升了教学效率。

为达到以上目的，本实用新型提供一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，用于库伦定律定量研究实验，包括真空罩、底座、分析天平、第一授电金属球、第二授电金属球、第一带电金属球和第二带电金属球，其中：

所述真空罩通过紧固件安装于所述底座；

所述分析天平内置于所述真空罩并且所述分析天平放置于所述底座；

所述第一带电金属球、所述第二带电金属球、所述第一授电金属球和所述第二授电金属球均内置于所述真空罩，所述第一授电金属球用于给所述第一带电金属球授电荷量，所述第二授电金属球用于给所述第二带电金属球授电荷量。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述底座设有抽气管和硅胶垫片，所述真空罩安装于所述硅胶垫片，所述抽气管连接抽气机(实验开始阶段，使用抽气机将真空罩抽成近真空状态)。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，近真空环境下库仑定律定量探究演示仪还包括第一伸缩控制棒、第二伸缩控制棒、绝缘棒和绝缘支架，其中：

所述第一伸缩控制棒的一端贯穿所述真空罩与所述第一授电金属球固定连接并且所述第一伸缩控制棒远离所述第一授电金属球的一端与起电机的第一电极电性连接(用于给第一授电金属球授电荷量，正电荷或者负电荷)；

所述第二伸缩控制棒的一端贯穿所述真空罩与所述第二授电金属球固定连接并且所述第二伸缩控制棒远离所述第二授电金属球的一端与起电机的第二电极电性连接(用于给第二授电金属球授电荷量，并且第二授电金属球的电荷属性与第一授电金属球的电荷属性相反，保证两者之间为异种电荷)；

所述绝缘棒的一端贯穿所述真空罩与所述第一带电金属球固定连接，所述第二带电金属球放置于所述绝缘支架，所述绝缘支架远离所述第二带电金属球的一端放置于所述分析天平。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述绝缘棒设有刻度(便于读数，记录实验数据)。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述真空罩为半球形。

本实用新型的有益效果在于：

1.确保设备气密性良好。利用巧妙设计的亚克力材料真空罩、底座和其它自制密封元件使得内部形成一个较好的气密环境可以较长时间保持其内部的近真空状态，可以确保实验过程中不受空气影响。

2.确保动态精准测量。由于两个带电金属球所带异种电荷相互吸引，使得两球电荷中心间距近似等于两球顶端距离，利用这个特点在与第一带电金属球连接的绝缘棒标上相应刻度，可以直接从刻度上准确读出电荷中心间距离，同时还可以通过绝缘棒便捷稳定地改变带电体之间距离。

3.确保密闭环境下便捷授电。通过可以自由伸缩且分别与起电机两端连接的两个授电金属球分别对两个带电金属球授电或平分电荷，这样可以确保在不破坏实验空间气密性的同时灵活改变带电金属球的电荷量，提高实验的准确性，也体现了实验探究的科学性。

4.确保库仑力精准测量。通过改造使用0.0001g精度的分析天平来达到精确测量两个带电金属球之间的库仑力的目的，使得本实用新型的实验库仑力力的测量精度能够达到10-6N。同时为避免带电小球在测量底座上因为静电感应影响测量准确度，现将测量底座改造成自制亚克力材质的测量承载底，提升了实验测量的准确性。

附图说明

图1是本实用新型的近真空环境下库仑定律定量探究演示仪的结构示意图。

附图标记包括：10、真空罩；20、底座；21、抽气管；30、分析天平；41、第一授电金属球；42、第二授电金属球；43、第一带电金属球；44、第二带电金属球；51、第一伸缩控制棒；52、第二伸缩控制棒；53、绝缘棒；54、绝缘支架。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本实用新型公开了近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，下面结合优选实施例，对实用新型的具体实施例作进一步描述。

在本实用新型的实施例中，本领域技术人员注意，本实用新型涉及的分析天平、起电机和抽气机等可被视为现有技术。

优选实施例。

本实用新型公开了一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，用于库伦定律定量研究实验，包括真空罩10(优选为亚克力材料)、底座20(优选为亚克力材料)、分析天平30、第一授电金属球41、第二授电金属球42、第一带电金属球43和第二带电金属球44，其中：

所述真空罩10通过紧固件安装于所述底座20；

所述分析天平30内置于所述真空罩10并且所述分析天平30放置于所述底座20；

所述第一带电金属球43、所述第二带电金属球44、所述第一授电金属球41和所述第二授电金属球42均内置于所述真空罩10，所述第一授电金属球41 用于给所述第一带电金属球43授电荷量，所述第二授电金属球42用于给所述第二带电金属球44授电荷量。

具体的是，所述底座20设有抽气管21和硅胶垫片，所述真空罩10安装于所述硅胶垫片，所述抽气管21连接抽气机(实验开始阶段，使用抽气机将真空罩抽成近真空状态)。

更具体的是，近真空环境下库仑定律定量探究演示仪还包括第一伸缩控制棒51、第二伸缩控制棒52、绝缘棒53和绝缘支架54，其中：

所述第一伸缩控制棒51的一端贯穿所述真空罩10与所述第一授电金属球 41固定连接并且所述第一伸缩控制棒51远离所述第一授电金属球41的一端与起电机的第一电极电性连接(用于给第一授电金属球授电荷量，正电荷或者负电荷)；

所述第二伸缩控制棒52的一端贯穿所述真空罩10与所述第二授电金属球 42固定连接并且所述第二伸缩控制棒52远离所述第二授电金属球42的一端与起电机的第二电极电性连接(用于给第二授电金属球授电荷量，并且第二授电金属球的电荷属性与第一授电金属球的电荷属性相反，保证两者之间为异种电荷)；

所述绝缘棒53的一端贯穿所述真空罩10与所述第一带电金属球43固定连接，所述第二带电金属球44放置于所述绝缘支架54，所述绝缘支架54远离所述第二带电金属球44的一端放置于所述分析天平30。

进一步的是，所述绝缘棒53设有刻度(便于读数，记录实验数据)。

更进一步的是，所述真空罩10为半球形。

本实用新型的原理为：

实验准备：实验前需要先将第二带电金属球放置于分析天平绝缘支架上，然后将分析天平去皮调零，再将其它仪器按照图1组装好，用紧固器件将半球形真空罩压紧固定在带有硅胶垫的底座上，之后用抽气机将半球内抽成近真空状态。

使带电金属球带电。将授电金属球通过导线分别与起电机两端连接，同时分别将两个授电金属球通过伸缩控制棒伸长至和带电金属球接触，转动起电机将两个带电金属球分别带上异种电荷，之后通过伸缩控制杆收回两个授电金属球。

保持电荷量不变，研究库仑力F与电荷中心距离r的关系。改变两个带电金属球间距离，先由近至远将第一带电金属球球远离第二带电金属球球，记录分析天平系列读数，再由远至近将第一带电金属球球靠近第二带电金属球球，记录分析天平系列和刻度读数。

保持距离不变，研究库仑力F与电荷量q的关系。为保证实验数据的准确性，需要将带电金属球重新进行带电操作，然后逐次改变第一带电金属球的电荷量至

记录分析天平系列读数，然后再重新对带电金属球进行带电操作，逐次改变带电球第二带电金属球的电荷量至

记录分析天平系列读数。

值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的分析天平、起电机和抽气机等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，用于库伦定律定量研究实验，其特征在于，包括真空罩、底座、分析天平、第一授电金属球、第二授电金属球、第一带电金属球和第二带电金属球，其中：

所述真空罩通过紧固件安装于所述底座；

所述分析天平内置于所述真空罩并且所述分析天平放置于所述底座；

所述第一带电金属球、所述第二带电金属球、所述第一授电金属球和所述第二授电金属球均内置于所述真空罩，所述第一授电金属球用于给所述第一带电金属球授电荷量，所述第二授电金属球用于给所述第二带电金属球授电荷量。

2.根据权利要求1所述的一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，其特征在于，所述底座设有抽气管和硅胶垫片，所述真空罩安装于所述硅胶垫片，所述抽气管连接抽气机。

3.根据权利要求2所述的一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，其特征在于，近真空环境下库仑定律定量探究演示仪还包括第一伸缩控制棒、第二伸缩控制棒、绝缘棒和绝缘支架，其中：

所述第一伸缩控制棒的一端贯穿所述真空罩与所述第一授电金属球固定连接并且所述第一伸缩控制棒远离所述第一授电金属球的一端与起电机的第一电极电性连接；

所述第二伸缩控制棒的一端贯穿所述真空罩与所述第二授电金属球固定连接并且所述第二伸缩控制棒远离所述第二授电金属球的一端与起电机的第二电极电性连接；

所述绝缘棒的一端贯穿所述真空罩与所述第一带电金属球固定连接，所述第二带电金属球放置于所述绝缘支架，所述绝缘支架远离所述第二带电金属球的一端放置于所述分析天平。

4.根据权利要求3所述的一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，其特征在于，所述绝缘棒设有刻度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种近真空环境下库仑定律定量探究演示仪，其特征在于，所述真空罩为半球形。

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