一种库仑定律教学演示实验装置的制作方法

本发明涉及库仑定律实验，特别是涉及一种库仑定律教学演示实验装置。

背景技术：

1、目前物理教材给出两个演示库仑定律的实验方案，其中一个是基于控制变量法的定性探究演示实验方案：该演示实验让带电体c和摆球带上同种电荷，改变带电体c与摆球之间距离r，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之间的定性关系，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θ从而分析f与θ之间的关系；但是该方法存在一定的局限性，第一，细绳偏角较小，实验现象不明显；第二，悬挂小球不稳定，容易受干扰形成圆锥摆，偏角一直在变化，不利于观察。

2、教材给出的另一实验装置是库仑扭秤，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，使用该实验装置进行演示时，主要存在以下几个问题：第一，实验操作难度大，轻微的扰动便可影响实验过程，降低了观测数据的准确度；第二，尽管在扭转角度比较小的情形下，可以近似认为球心距离与sin2a成正比，为确保满足这一前提条件，进一步增大了演示实验的操作难度；第三，点电荷是一个理想化模型，难以在实验环境下真实重现，在空气环境中，带电小球的电量与带电小球半径r的关系比较复杂，减小半径r时，小球带电电荷量也更小，库仑力不明显；带电小球半径r与距离相接近时，受到静电力影响，电荷分布不再均匀，无法用球心之间的距离来表示电荷之间的距离，增加了实验的难度；第四，电荷泄漏过程很快，操作很困难而且测量数据的读取不稳定，仪器较小，实验结果的视觉效果差，学生独立操作难度很大，难以激发学生进一步探究的兴趣。

3、因此人们亟需一种操作便捷、实验数据便于观察的库仑定律教学演示实验装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种库仑定律教学演示实验装置，以解决上述现有技术存在的问题，利用金属薄片与电子天平的金属托盘即可进行库仑定律实验，操作更为便捷，且实验数据便于观察。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种库仑定律教学演示实验装置，包括绝缘件、金属薄片以及电子天平，所述金属薄片位于所述电子天平的托盘正上方，所述绝缘件一端与所述金属薄片远离所述电子天平的一端连接，所述电子天平的托盘为金属托盘，所述金属托盘接地设置。

3、优选的，所述金属薄片与所述金属托盘均为圆盘形结构。

4、优选的，所述金属薄片与所述金属托盘的外表面光滑设置。

5、优选的，所述库仑定律教学演示实验装置还包括升降台以及支撑架，所述支撑架的一端与所述绝缘件连接，另一端放置于所述升降台上。

6、优选的，所述升降台为手动升降台。

7、优选的，所述库仑定律教学演示实验装置还包括气密箱，所述气密箱的顶盖可拆卸设置，所述气密箱的顶盖设置有供所述绝缘件伸入的通孔，所述绝缘件与所述气密箱的顶盖垂直设置，所述金属薄片以及所述电子天平均位于所述气密箱内。

8、优选的，所述绝缘件上设置有刻度线，或所述绝缘件上连接有刻度尺。

9、优选的，所述库仑定律教学演示实验装置还包括用于为所述气密箱进行加热的加热器。

10、优选的，所述气密箱为亚克力气密箱。

11、优选的，所述库仑定律教学演示实验装置还包括用于为所述金属薄片授电的静电起电棒。

12、本发明相对于现有技术主要取得了以下技术效果：

13、利用静电起电棒为金属薄片授电后，金属薄片靠近电子天平的接地金属托盘，电子天平的接地金属托盘感应起电，电子天平开始显示库仑力的数值；通过绝缘件调整金属薄片与电子天平的接地金属托盘之间的距离，即可得到电量、距离以及库仑力之间的变化关系，从而完成库仑定律教学演示实验，即本装置中仅需对金属薄片进行授电，相较于教材中带电体与摆球的两次授电，节省操作时间，提高实验效率的同时，提高操作的便捷度，且电子天平可直接显示库仑力的大小，使得实验数据便于观察。

14、本发明其他方案相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、金属薄片以及金属托盘的圆盘形结构，可以保证边界上处处有相同的曲率半径，从而保证电荷分布的对称性。

16、金属薄片以及金属托盘的外表面光滑设置，可以避免尖端突起引起电荷分布不均匀的问题，提高电荷分布的均匀性。

17、升降台和支撑架的设置提高了对金属薄片高度调节的便捷性。

18、气密箱可以提供良好的气密环境，同时配合加热器的设置，可以减少气密箱内空气湿度，可以较长时间保持气密箱内部的干燥的空气状态，减少电荷泄漏。

1.一种库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，包括绝缘件、金属薄片以及电子天平，所述金属薄片位于所述电子天平的托盘正上方，所述绝缘件一端与所述金属薄片远离所述电子天平的一端连接，所述电子天平的托盘为金属托盘，所述金属托盘接地设置。

2.根据权利要求1所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述金属薄片与所述金属托盘均为圆盘形结构。

3.根据权利要求1所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述金属薄片与所述金属托盘的外表面光滑设置。

4.根据权利要求1所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述库仑定律教学演示实验装置还包括升降台以及支撑架，所述支撑架的一端与所述绝缘件连接，另一端放置于所述升降台上。

5.根据权利要求4所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述升降台为手动升降台。

6.根据权利要求1所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述库仑定律教学演示实验装置还包括气密箱，所述气密箱的顶盖可拆卸设置，所述气密箱的顶盖设置有供所述绝缘件伸入的通孔，所述绝缘件与所述气密箱的顶盖垂直设置，所述金属薄片以及所述电子天平均位于所述气密箱内。

7.根据权利要求6所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述绝缘件上设置有刻度线，或所述绝缘件上连接有刻度尺。

8.根据权利要求6所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述库仑定律教学演示实验装置还包括用于为所述气密箱进行加热的加热器。

9.根据权利要求6所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述气密箱为亚克力气密箱。

10.根据权利要求1所述的库仑定律教学演示实验装置，其特征在于，所述库仑定律教学演示实验装置还包括用于为所述金属薄片授电的静电起电棒。