[发明专利]一种库仑定律的定量探究真空实验装置

说明书

本发明公开了一种库仑定律的定量探究真空实验装置，包括安装基座，安装基座上设置有真空实验装置、夹持机构。本发明不仅可以保证带电电荷在玻璃管内处于真空状态，通过在玻璃管内部附设的塑料薄膜也可以有效解决其它介质对带电荷的影响，保证实验的准确性；通过在玻璃管端部设置的夹持机构，可以对玻璃管进行稳定的调整多组倾斜角度，并计算出对应的电荷间静电力大小；通过玻璃管外壁上刻度可以直接读出两电荷间的距离；通过导电针可以方便的改变玻璃管内电荷的带电量。本发明可有效的对库仑定律进行定量探究，也解决了传统实验装置中学生对库仑定律的片面、不深刻的理解，可以给学生提供实验操作的体验，培养学生的科学探究能力。

技术领域

本发明属于教学教具技术领域，具体的说，尤其涉及一种库仑定律的定量探究真空实验装置。

背景技术

静电力相互作用的平方反比关系，是经过法国军事工程师库仑(C·A·Coulomb，1736～1806)的实验测定才得以流传于世的。1785年，库仑利用自己的有关扭转力方面的知识，设计制作了一台精密的扭秤，进行了测定电力作用的实验。从这样的实验中，库仑得出了“带同类电的两球之间的排斥力，与两球中心之间距离的平方成反比”的结论。但限于历史阶段、科技水平等因素的限制，此实验的精度并不是很高，而且，用扭秤无法探究带异种电荷间的引力与距离之间的关系。这是因为，当小木球上的电荷在扭力为零的位置同固定电荷的位置之间运动时，扭力的大小与两球之间的距离呈线性规律变化(F扭＝k′θ＝kl)，而电荷之间的吸引力则与距离地平方关系呈反比变化(F电＝k/d2)，两者之间即使能够达到平衡，也是一种不稳定平衡。如果出现一个微扰动，电荷之间的吸引力就会比扭力增加的更快，往往导致两球相碰。库仑在论文中这样写道：“即使能达到平衡，最后两球也往往会相碰，这是因为扭秤十分灵活，多少会出现左右摇摆的缘故”。事实上，库仑后来是利用“电摆”装置证明了电吸引力与距离的平方反比关系。然而，尽管如此，库仑声称他还是首先使用了扭力同电吸引力平衡的方法进行了测量，并说明他由此得到电吸引力也满足平方反比律的结论。

在进行库仑定律的教学时，教师往往是先进行定性实验，然后再介绍库仑扭秤装置。限于仪器的精度及操作方面的问题，定量实验一般不进行演示，而这样无法培养学生的探究能力，而且缺乏操作的体验，同时会造成学生对库仑定律的片面、不深刻的理解。

发明内容

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供了一种库仑定律的定量探究真空实验装置，包括安装基座，所述安装基座上设置有真空实验装置、用于夹持真空实验装置的夹持机构；

所述真空实验装置包括玻璃管和玻璃管封装盖；所述玻璃管一端开口，且所述玻璃管的开口端设置有外螺纹；所述玻璃管封装盖设置有与外螺纹配合的内螺纹，且所述玻璃管封装盖与玻璃管通过螺纹连接；所述玻璃管上设置有便于读出带电电荷距离的刻度标识,当玻璃管倾斜时，且从水平视角看，零刻度线与玻璃管内下端球形的带电电荷的球心对齐，这样另一电荷球心所对的刻度值即为两电荷间的距离；所述玻璃管封闭端、玻璃管封装盖端部均热熔有导电针，且针尖延伸至玻璃管内部，此处为了防止导电针直接与外部空气接触，在导电针处于玻璃管外部的端部设置密封胶套，用于导电针隔绝空气；

所述夹持机构包括玻璃管夹架，所述玻璃管夹架尾部设置有弧形板，所述弧形板中部设置有转动通孔，所述弧形板外边缘设置有转动齿牙；所述转动齿牙与设置在试验台内部的驱动齿轮啮合连接；所述弧形板的转动齿牙内侧设置有便于读出试管夹架倾斜角度的刻度线；

所述夹持机构还包括固定设置在安装基座上的固定支座、所述固定支座上设置有与转动通孔相互配合的转动轴承；

优选的，所述玻璃管上还开设有便于玻璃管抽真空的抽吸通道，且所述抽吸通道上对应封装有密封盖。

优选的，所述安装基座上端面设置有万向水平仪。

优选的，所述玻璃管内壁贴附有塑料薄膜。

优选的，所述安装基座底部设置有用于驱动驱动齿轮的驱动电机。