一种探究影响电荷间相互作用力因素的实验装置

摘要

本发明公开了一种探究影响电荷间相互作用力因素的实验装置,该实验装置包括真空玻璃箱，操作面板，真空泵和低压电源。其中真空玻璃箱上带有排气孔，通过真空泵将其内部抽为真空；操作面板上带有插孔，通过导线与低压电源相连。该装置可以使锡箔纸带上一定量的稳定的电荷，同时，真空密闭防止了锡箔纸间气体放电的发生，可以保证实验的精确度。可用于中学物理教学中“探究影响电荷间相互作用力因素”的实验装置，该装置取材简单，演示实验效果明显，便于在中学物理教学中推广使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种物理教学实验仪器，具体涉及一种探究影响电荷间相互作用力因素的实验装置。

背景技术

静电学是电学中重要的内容，具有很抽象的特点，影响静电实验成败的因素颇多，仪器、材料、天气、操作、洁净等等，这些因素作用在具体的产生气体放电现象，导致实验无法成功，因此，无法满足中学教学的需要。

为了探究上述库仑定律，课本中给出了一个实验装置，该装置通过改变置于空气中的两个带不同电荷的金属小球之间的距离来达到探究目的。该实验装置因为无法使小球带上稳定的电荷，且带电小球在空气中会产生气体放电现象，导致实验无法成功，因此，无法满足中学教学的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种探究影响电荷间相互作用力因素的实验装置，该装置可以使锡箔纸带上一定量的稳定的电荷，同时，真空密闭防止了锡箔纸间气体放电的发生，可以保证实验的精确度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种探究影响电荷间相互作用力因素的实验装置，包括玻璃箱、真空泵和低压电源，所述玻璃箱上带有排气孔，通过所述真空泵将其内部抽为真空，所述玻璃箱内设置有传动部件、分别与低压电源连接的第一金属片和第二金属片，所述第一金属片通过绝缘支架固定在玻璃箱内，所述第二金属片通过传动部件能够在玻璃箱内作左右运动。

进一步，还包括设置在玻璃箱上的操作面板，所述操作面板上设置有间距调节旋钮，所述间距调节旋钮通过控制传动部件来调节第一金属片与第二金属片的间距。

进一步，所述第一金属片与第二金属片通过切换开关与低压电源连接，所述切换开关设置在操作面板上。

进一步，所述传动部件包括两个定滑轮和连接两个定滑轮的连接线，第二金属片固定在连接线上并通过两个定滑轮的转动实现左右运动。

进一步，所述第一金属片为铝片，第二金属片为锡薄纸片。

进一步，还包括第三金属片和第四金属片，所述第三金属片固定在支缘支架上并且与第一金属片形成平板电容，所述第四金属片固定在玻璃箱内侧壁上并可与第二金属片形成平板电容，两电容分别与低压电源相连接，所述第三金属片和第四金属片通过控制开关接地，所述控制开关设置在操作面板上。

进一步，所述绝缘支架固定在玻璃箱的左上部，所述第四金属片固定在玻璃箱的右侧壁上。

进一步，所述第三金属片为铝片，第四金属片为锡薄纸片。

进一步，还包括设置在玻璃箱背面的背景板，背景板上画有刻度线，当锡箔纸片发生偏转时，通过背景刻度线判断其偏转程度。

有益技术效果：

（1）该装置可以使锡箔纸带上一定量的稳定的电荷，同时，真空密闭防止了锡箔纸间气体放电的发生，可以保证实验的精确度。

（2）该装置采用导电效果好，质量轻的锡箔纸片代替小球，使实验效果更加明显。

（3）该装置依据电容的原理通过低压电源对金属片进行充放电，实现了对金属片所带电荷多少的定量控制。

（4）该装置取材简单，演示实验效果明显，便于在中学物理教学中推广使用。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实验装置图；

图2为玻璃箱内部结构图；

图3为传动件结构图；

图4为操作面板电路图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律。电荷间的这种相互作用力称为静电力或库仑力。用公式表达库仑定律，即：式中，F为库仑力，q₁、q₂为两个点电荷的电荷量，r为两个点电荷间的距离。

静电学是电学中重要的内容，具有很抽象的特点，为此本发明提供了一种探究影响电荷间相互作用力因素的实验装置。

如图1所示，一种探究影响电荷间相互作用力因素的实验装置，包括玻璃箱1、真空泵3和低压电源4，所述玻璃箱1上带有排气孔，通过所述真空泵3将其内部抽为真空，所述玻璃箱内设置有传动部件、分别与低压电源正极连接的第一金属片6和第二金属片7，所述第一金属片6通过绝缘支架固定在玻璃箱1内，所述第二金属片7通过传动部件能够在玻璃箱1内作左右运动。

该实验装置还包括设置在玻璃箱上的操作面板2，所述操作面板2上设置有低压电源插孔、切换开关、控制开关和间距调节旋钮，所述间距调节旋钮通过控制传动部件来调节第一金属片6与第二金属片7的间距。

所述第一金属片6与第二金属片7通过切换开关与低压电源4连接。

所述传动部件包括两个定滑轮和连接两个定滑轮的连接线，第二金属片7固定在连接线上并通过两个定滑轮的转动实现左右运动。该实验装置也可以通过控制定滑轮的正反转来达到第二金属片7左右移动的目的。

所述第一金属片6为铝片，第二金属片7为锡薄纸片。

该实验装置还包括第三金属片5和第四金属片8，它们分别与低压电源的负极相连。所述第三金属片5固定在支缘支架上并且与第一金属片6形成平板电容，所述第四金属片8固定在玻璃箱内侧壁上并可与第二金属片7形成平板电容，所述第三金属片5和第四金属片8通过控制开关接地。两个平板电容实现了自身的充放电，实现了对金属片所带电荷多少的定量控制。

所述绝缘支架固定在玻璃箱的左上部，所述第四金属片固定在玻璃箱的右侧壁上。

所述第三金属片5为铝片，第四金属片8为锡薄纸片。

本装置使用时，插上电源，通过调节间距调节旋钮，移动第二金属片7，使其与第四金属片8相接触，消除静电的影响，最后使第二金属片7恢复原位。然后，打开真空泵3，对真空玻璃箱1进行抽气。待玻璃箱1内气压达到较低水平时，打开低压电源4开关，通过电源对第一金属片6和第三金属片5进行充电，供电完毕后打开控制开关，使第三金属片5接地，第三金属片5所带电荷消失。接着使用切换开关，使电源对第二金属片7和第四金属片8供电，供电完毕后切换控制开关使第四金属片8接地，使其所带电荷消失，最后关闭低压电源。此时，可以观察到第二金属片7发生倾斜。

重复上述步骤，加大电压，通过背景板的对比可以观察到第二金属片7发生倾斜的倾斜角随着电压的增大而变大。根据电容公式即说明电荷间相互作用力随电荷量的增大而增大。

调节第二金属片和第三金属片的距离，这时使低压电源输出的电压不变，通过背景板的对比可以看到第三金属片发生倾斜所产生的倾斜角随着距离的增大而减小。即说明电荷间相互作用力随电荷间距离的增大而减小。

该装置可用于中学物理教学中“探究影响电荷间相互作用力因素”的实验装置，该装置取材简单，演示实验效果明显，便于在中学物理教学中推广使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。