CN220189124U - 库仑定律定量实验器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了库仑定律定量实验器，实现了中学课堂上定量测量，属于教学教具领域，包括可移动的小钢球和放置不动的固定小钢球；可移动的小钢球通过绝缘柄安装在高度游标卡尺可移动的部分上，绝缘柄垂直于游标卡尺；所述高度游标卡尺设置于光学大位移微调升降台上；本实用新型的卡尺和光学大位移微调升降台相结合，实验中可直接在卡尺上读出两小钢球球心之间的距离。固定小钢球通过绝缘座放置于电子秤上，用电子秤可以准确快速地读出固定小钢球当时所受库仑力的数值；本实用新型用起电棒以保持较远距离给目标小钢球带电，最大限度避免了放电隐患，操作安全，客观上保证了实验结果的可靠性。本实用新型专为中学物理实验课设计。

Description

库仑定律定量实验器

技术领域

本实用新型涉及实验教具领域，具体为一种库仑定律定量实验器。

背景技术

由于测量器材和手段所限，库仑定律实验一直以来都不在课堂演示，最多只是用库仑扭秤示意性的讲解物理实验研究的一个重要方法—放大法，库仑扭秤模型，不能实施实验，学生没有获得知识的体验感，教和学偏于记忆和背诵，不符合物理教学的规律，背离了提升核心素养的初衷。

这部分实验的难点在于：

一、带电困难，且易放电。初学的学生或者初次实验的操作者生疏、操作不熟练，实验时间较长，可能实验还在进行中，小钢球所带电荷量会因为空气放电而减小很多，测量结果就不可靠，不能使用了。带电的手段也是影响实验的因素之一，本来带电就不多，操作者手臂等身体部位或者器材靠近带电小钢球时都可能会引起放电，会影响测量结果，造成实验错误。因此，带电手段是本新型的改进。

二、距离的测量，如果每次拿尺子靠近带电球测量，不仅仅是产生不必要的实验误差，操作者忙了，实验烦琐了，每个环节都可能引起放电，从而造成坏的实验数据，得不出正确得实验结果。本实用新型用卡尺的读数，且正好等于两带电小钢球球心之间距，不必考虑零误差，这也是本新型的重要改进。

三、力的测量，精度要合适。库仑力比较小，精度不够，误差就很大。然而，环境所限，如电子秤精度太小，它会受到周围因素影响（比如，走动、说话等），造成显示读数变化，不稳定，影响读数。可调精度的电子秤，是本新型能成功的一个关键点。

实用新型内容

针对上述存在的技术不足，本实用新型的目的是提供一种库仑定律定量验证实验器，其专为中学物理实验课设计，能够实时、准确地测量库仑力和距离，定量精确验证库仑定律。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种库仑定律定量验证实验器，其特征在于，包括可移动的小钢球和放置不动的固定小钢球；可移动的小钢球通过绝缘柄安装在高度游标卡尺可移动的部分上，绝缘柄垂直于游标卡尺；所述高度游标卡尺设置于光学大位移微调升降台上；固定小钢球通过绝缘座放置于电子秤上；起电棒给目标小钢球带电。

本实用新型的有益效果在于：1、专为中学物理实验课设计，能够实时、准确地测量库仑力和距离，定量精确验证库仑定律。

2、本实用新型用手持起电棒给目标小钢球带电，解决了带电困难的问题。起电棒比摩擦起电、感应起电机带电都要方便好用，目标小钢球能带更多电荷，客观上保证实验的成功率；带电过程中，操作者的手臂、身体能保持较远距离给小钢球带电，最大限度避免环境放电因素，保证了实验的准确度。

3、本实用新型可利用游标卡尺和升降台调节初始零点，实验中可以直接读出两个小钢球球心之间的距离数值，无需再算，方便快捷，解决了距离测量的问题；

4、固定小钢球设置于电子秤上，精度可以调节的高精度电子秤可以直接、准确读出固定小钢球带电后实时受到移动小钢球给它施加的库仑力，解决了力的测量问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的库仑定律定量实验器的结构示意图；

附图标记说明：1、高度游标卡尺；2、可移动的小钢球；3、固定小钢球；4、高精度电子秤；5、光学大位移微调升降台。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，库仑定律定量实验器，包括可移动的小钢球2和放置不动的固定小钢球3；可移动的小钢球2通过绝缘柄安装在高度游标卡尺1可移动的部分上，绝缘柄垂直于游标卡尺；所述高度游标卡尺1设置于光学大位移微调升降台5上；高度游标卡尺1和光学大位移微调升降台5相结合，实验中可直接在卡尺上读出两小钢球球心之间的距离。

固定小钢球3通过绝缘座放置于电子秤4上，用电子秤4可以准确快速地读出固定小钢球3当时所受库仑力的数值；

起电棒保持较远距离（大于40厘米）给小钢球带电。起电棒以保持较远距离给目标小钢球带电，最大限度避免了放电隐患，操作安全，客观上保证了实验结果的可靠性。

实验带电准备就绪后， 唯一调节是高度游标卡尺1的高度，操作者可以快速读出高度数值和电子秤4的读数，加快实验节奏，短时间内完成实验，带电小钢球的放电影响可忽略不计，客观上保证了实验结果的准确可靠。

所用器材：

宽坐角尺：德量高度游标卡尺1300；

光学大位移微调升降台5：深圳 精密仪器LZ200；

电子天平：常熟百灵LAC204C，量程200g,最小分度0.0001g；

起电棒：舟山，静电魔术棒。

普通小钢球和绝缘柄、绝缘座。

工作原理：

可移动的小钢球2通过绝缘柄安装在高度游标卡尺1（德量高度游标卡尺1300）可移动部分上，设置于光学大位移微调升降台5上，用光学大位移微调升降台5做调节底座，稳定度增强，避免调节时的不必要晃动；实验中可用高度游标卡尺1和升降台两把尺子设置两球间的零距离，就是清零步骤，帮助操作者实验时直接读出两球心间距，加快实验节奏，节省实验时间，最大限度避免空气放电等的影响。

静止的固定小钢球3，设置于电子秤4上，可读出该小钢球对秤的实时作用力，可以去皮调零，直接读出两带电小钢球之间当时的库仑力数值。

电子秤4的精度可调，调节到适当精度，稳定显示，方便读数。

起电棒长度40厘米左右，用它给小钢球带电，操作者的手与目标带电小钢球保持较远的距离，最大限度地避免外界因素影响实验结果。

实验步骤：

1、测量小钢球直径（本实用新型选用直径约1.8厘米的钢球）。

2、修改加工，安装可移动的小钢球2，标记为A球。

3、修改加工，安装固定小钢球3，标记为B球。

4、检查起电棒工作是否正常。

5、检查电子秤4，把小钢球B 放置于电子秤4上，并重新调零（去皮）。

6、安装光学大位移微调升降台5和小钢球A。

7、调整位置，使A、B两球沿着竖直线靠近。

8、刻度调节：调节卡尺数值为1.8厘米，并调节升降台高度和位置，使得A正好紧贴在B 的正上方，接触但无挤压，完成距离调零步骤。

9、调节高度游标卡尺1，使读数接近6厘米（大于3倍直径）。再次检查位置和电子秤4零点。

10、用起电棒分别给小钢球A、B带电。

11、电子秤4示数稳定后读数。记录力的示数和距离读数；

12、向上调节A球高度，再次读数。记录力的示数和距离读数；

13、多次重复步骤12，记录每组对应的力的示数和距离读数；两球间距大约接近20～25厘米时，电子秤4的示数为0，说明已经测不到库仑力。总共可得到8组或更多数据。

13、处理数据，得出验证结论。

14、完成实验。

本实用新型进入中学物理课堂，使得定量验证库仑定律实验能够在课堂上完成，方便教师顺利完成教学进度，提高了课堂教学效率，有利于学生学习。直接体验会帮助学生提高物理学习的兴趣，增强知识的获得感。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.库仑定律定量实验器，其特征在于：包括可移动的小钢球和放置不动的固定小钢球；可移动的小钢球通过绝缘柄安装在高度游标卡尺可移动的部分上，绝缘柄垂直于游标卡尺；所述高度游标卡尺设置于光学大位移微调升降台上；固定小钢球通过绝缘座放置于电子秤上；起电棒给目标小钢球带电。