庫侖定律定量演示方案的制作方法
【專利摘要】一種庫侖定律的定量演示方案，屬物理教學實驗領域。本方案用固定在有機玻璃支架上的圓形錫箔紙作帶電體，用電子分析天平作測量工具，用接觸二分法控制帶電體電荷量，用固定裝置控制帶電體間距離。實驗時，將一個帶電體置于電子分析天平測試臺，另一帶電體固定于分析天平上方支架，讓兩帶電體平行正對。利用電子分析天平測量測試臺受到的壓力，從而得到帶電體之間的庫侖力。本方案可由控制變量實驗方法，明顯地定量演示帶電體間的作用力和帶電體的電荷量以及帶電體的距離之間的關系?？稍谥袑W和大學物理教學中作課堂演示實驗，也可在大學物理實驗教學中作學生實驗。
【專利說明】庫侖定律定量演示方案

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及庫侖定律定量演示方案，屬物理教學實驗領域。

【背景技術】
[0002] 庫侖定律的定量實驗，操作簡潔和測量精度高是成功的關鍵。
[0003] 庫侖定律的定量實驗，在科學研究中測量精度已經很高，但其實驗原理和方法都 很復雜，不能用于教學演示。
[0004] 用于定量演示庫侖定律的實驗主要有兩大類。一是公知的庫侖扭秤，主要通過金 屬絲的扭轉力矩和帶電小球受到的庫侖力力矩平衡，由金屬絲轉過的角度來反映庫侖力的 大小；二是一些物理教師在各級公開課中使用過一些自主設計的實驗，主要通過懸掛的帶 電體受到庫侖力后擺起的角度來反映庫侖力的大小。這兩大類實驗均不夠簡潔，其帶電體 受到庫侖力作用之后在一個新的位置達到平衡狀態(tài)，為了測量或控制兩個帶電體之間的距 離，要對其平衡位置進行逐漸調節(jié)。在較長時間的調節(jié)過程中，帶電體的電荷量會逐漸減 少，增大實驗誤差。同時，第二類實驗方案精度普遍偏低，只能得到粗略的結果，受環(huán)境因素 影響較大，現場演示成功率較低。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種操作簡潔，測量精度高的庫侖定律定量演示實驗方案。 通過測試，能在20秒內得到五組實驗數據；數據精度高，能準確地符合庫侖定律。
[0006] 本方案用固定在有機玻璃支架上的圓形錫箔紙作帶電體，用電子分析天平作測量 工具，用接觸二分法控制帶電體電荷量，用固定裝置控制帶電體間距離。實驗時，先通過起 電機等設備讓兩個帶電體帶電。將一個帶電體置于電子分析天平測試臺后，再將天平示數 調零。另一帶電體由固定裝置固定于分析天平上方支架，讓兩帶電體平行正對。若兩帶電 體帶同種電荷，天平顯示示數為正值；若兩帶電體帶異種電荷，天平顯示示數為負值。通過 單位換算即可得到兩帶電體間的庫侖力。保持兩帶電體電荷量不變，調節(jié)它們之間的距離， 觀察并記錄庫侖力的變化。保持兩帶電體的距離不變，通過接觸二分法改變其中一個帶電 體的電荷量，觀察并記錄庫侖力的變化。最后通過數據處理，定量得出庫侖力F與電荷量q 及電荷間距離r的關系。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是帶電體1及其支架結構示意圖
[0008] 圖2是帶電體2及其支架結構示意圖
[0009] 圖3是錫箔圓片3及其支架結構示意圖
[0010] 圖4是固定裝置示意圖
[0011] 圖5是實驗整體結構示意圖
[0012] 圖6是由測試數據繪制的F-1/r2關系圖
[0013] 圖7是由測試數據繪制的F-qi關系圖
[0014] 圖中：1.帶電體1，2.帶電體2,3.錫箔圓片3,4.絕緣支架，5.距離刻度，6.固 定框架，7.試管夾，8.電子分析天平，9.玻璃罩，10.電子分析天平測試臺，11.操作按鈕， 12.示數顯示屏，13.彈簧，14.限位孔

【具體實施方式】
[0015] 帶電體1(1)、帶電體2(2)和錫箔圓片3(3)均是直徑為4cm的錫箔紙圓片，用膠 水粘在用有機玻璃制成的支架（4)上。距離刻度（5)以厘米為單位，為使刻度醒目，可隔 一格噴涂成紅色。固定框架（6)用木材或有機玻璃制成，尺寸以分析天平玻璃罩的上方為 準。用半個試管夾（7)和固定框架（6)構成固定裝置（如圖4)。電子分析天平（8)精度選 用O.OOlg即可（精度O.OOOlg更佳），上方自帶玻璃罩（9)。示數顯示屏（12)顯示數字較 小且角度不利于學生讀數，該方案用作課堂演示實驗時，可通過攝像頭或實物投影儀將其 示數投影至大屏幕。限位孔（14)尺寸應略大于絕緣支架（4)的尺寸，其位置應保證帶電體 2(2)固定后位于天平測試臺（10)的正上方。
[0016] 實驗步驟：
[0017] A.將電子分析天平（8)調整水平，接通電源，開啟測量功能，示數調零；
[0018] B.將帶一定量電荷的帶電體1 (1)連同絕緣支架放至天平測試臺（10)，觀察示數 變化，再通過操作按鈕（11)將示數調零；
[0019] C.將帶一定量同種電荷的帶電體2(2)連同絕緣支架固定在玻璃罩上方，讓兩帶 電金屬圓片正對（如圖5所不）；
[0020] D.調節(jié)帶電體2 (2)的位置，讓兩帶電體間距離分別為4cm、5cm、6cm......，觀察并 記錄數據（實測數據見表1);
[0021] E.固定帶電體2(2)的位置，將不帶電的錫箔圓片3(3)和帶電體1(1)接觸后移 開，使帶電體1(1)的電荷量減半，觀察并記錄數據；
[0022] F.讓錫箔圓片3(3)放電后再通過步驟E中的方法讓帶電體1(1)的電荷量逐次減 半，觀察并記錄數據（實測數據見表2);
[0023] G.用作圖法分析數據（測試結果如圖6、圖7所示）；
[0024] H.整理實驗器材。
[0025] 表1電荷間作用力F與電荷間距離r的關系
[0026]

【權利要求】
1. 一種庫侖定律的定量演示方案，屬物理教學實驗領域。本方案用固定在有機玻璃支 架上的圓形錫箔紙作帶電體，用電子分析天平作測量工具，用接觸二分法控制帶電體電荷 量，用固定裝置控制帶電體間距離。實驗時，將一個帶電體置于電子分析天平測試臺，另一 帶電體固定于分析天平上方支架，讓兩帶電體平行正對。利用電子分析天平測量測試臺受 到的壓力，從而得到帶電體之間的庫侖力。通過控制變量實驗方法，定量演示帶電體間的作 用力和帶電體的電荷量以及帶電體的距離之間的關系。
2. 根據權利要求1所述的庫侖定律定量演示方案，其特征是：帶電體在實驗中位置固 定，被測量帶電體始終在同一位置達到受力平衡，另一帶電體可通過固定裝置人為控制其 位置。
3. 根據權利要求1所述的庫侖定律定量演示方案，其特征是：將庫侖力轉化成被測量 帶電體和其他物體間作用力的變化，并通過高精度的測力（或質量）的儀器直接測出。
【文檔編號】G09B23/18GK104217633SQ201310221476
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權日:2013年5月30日
【發(fā)明者】李忠相 申請人:李忠相