投影式庫侖扭秤的製作方法
2023-05-27 07:45:06 1
專利名稱：投影式庫侖扭秤的製作方法
技術領域：
本裝置屬物理演示實驗儀器。
國內外已有的傳統式庫侖扭秤由於採用懸絲結構和角量觀測，存在有平衡時間長，刻度細小，不易觀察等缺點，不適合課堂教學演示。新研製的投影式庫侖扭秤保留了傳統式庫侖扭秤的物理思想，在結構設計、觀測方法、加工工藝等方面有較大的改進和創新。該儀器用投影方法進行觀測；用遊絲代替了傳統儀器的懸絲；用質量小、表面鍍膜球代替了金屬球；用線量測量代替了角測量。採取上述改進方案，可使儀器結構簡單直觀，觀測方便，縮短演示時間，增強實驗效果，有利於提高教學質量。
研製本儀器的目的是使物理教師能在課堂上利用該儀器來定量投影演示和驗證庫侖定律。
該扭秤由扭擺球，移動球、透明方箱三部分構成。
扭擺球部分為該扭秤的關鍵部分，主要由帶電球〔B〕、配重〔1〕、擺杆〔7〕、遊絲〔3〕、擺架〔4〕等部件組成。
帶電球〔B〕為空心塑料球，表面採用真空鍍膜新工藝鍍上一層金屬薄膜。過球心插入擺杆〔7〕，擺杆〔7〕分為兩段，插入B球的一段為絕緣材料，長度大約為擺杆〔7〕總長的二分之一，杆徑可為3.6mm。擺杆〔7〕穿過B球露出指針〔8〕。擺杆〔7〕另一段為鋁材，並安裝有配重〔1〕。在擺動系統的重心處固定有擺軸〔5〕，重心到球心的距離l可為175mm。擺軸〔5〕為鋼材，兩端為尖伏。擺軸〔5〕在兩個軸承〔6〕之間可自由轉動。擺軸〔5〕與遊絲〔3〕的內端固定，遊絲〔3〕外端與調零片〔2〕的彎曲端粘接，調零片〔2〕的直柄端較長，用來粗調指針〔8〕指零，零點最大偏離為±1.5mm。調零片〔2〕用螺帽安裝在擺架〔4〕上，擺架〔4〕固定在透明方箱〔9〕的底板上。
使帶電球〔A〕、〔B〕帶同種電荷，電量分別為Q1、Q2，二者間產生斥力F，對遊絲〔3〕的力矩為Fl與遊絲〔3〕的回覆力矩M平衡時，Fl＝M。根據虎克定律，回復力矩M與轉角θ成正比，M＝Dθ(D為遊絲的扭轉係數)當θ角很小時，θ＝△S／l，F＝ (D)/(l2) △SF的大小可近似地用指針〔8〕離開B球不帶電時指針〔8〕平衡位置O點的距離△S來量度，F的大小是相對測量，用測力標尺〔13〕上的刻度來量度。
移動球部分主要由帶電球〔A〕、A球底座〔16〕、移動旋扭〔15〕、測距標尺〔14〕等部件組成。
A球的大小和表面處理同B球。將A球用樹脂膠粘在A球底座〔16〕的絕緣支柱上，並使A、B球等高。A球底座〔16〕用有機玻璃製作，通過移動旋扭〔15〕可以左右移動底座，改變A、B球間距離r，r的大小由固定在A球底座〔16〕上的測距標尺〔14〕來測得。測距標尺〔14〕為透明毫米刻度尺，尺身與兩球心連線平行且垂直於擺杆。
透明方箱〔9〕用透明有機玻璃製作，外形尺寸可為300×300×78mm。透明方箱〔9〕具有防塵、防潮、防風及便於投影放大等作用。上面為蓋板，用四個螺絲固定，維修時可拆下。左側有活動拉板〔17〕，便於實驗中給A、B球帶電和進行其它操作。在正面上有止動旋扭〔11〕和微調零旋扭〔12〕。止動旋扭〔11〕用有機玻璃加工，它的前端鑽有圓洞，當擺球B靠近O點時，旋入旋扭，使指針〔8〕插入圓洞，起到使擺球止動和在搬運中防止擺球振鬆動的作用。微調零旋扭〔12〕擰在測力標尺〔13〕上，旋扭鬆動時可以左右微微移動測力標尺〔13〕，使零點位置與不帶電擺球平衡時指針〔8〕位置在投影屏幕上重合。方箱底部四角各安裝一個橡膠底腳〔10〕，防止摩傷方箱底板和投影儀的保護玻璃。
扭秤附件放電球〔18〕、有機玻璃棒、絲綢、乾燥劑。
該扭秤可明顯、直觀地演示和驗證庫侖定律。可直接觀測，在課堂上可利用投影儀投影放大供幾百人觀察，可見度大，演示效果良好，演示時間短促，該儀器可供大、中、專各類院校物理教學使用。
附圖
為投影式庫侖扭秤結構示意圖
權利要求一種定量演示庫侖定律的庫侖扭秤，其特徵在於由球[B]、擺杆[7]、指針[8]、遊絲[3]、擺架[4]及配重[1]構成遊絲扭擺系統，擺杆的一端裝球[B]，再裝置指針[8]。可移動球[A]與[B]帶電後相互作用。[B]球的移動距離由置於其下的測距標尺[14]測出。測力標尺[13]置於指針[8]之下，用於測力。微調旋鈕[12]、止動旋鈕[11]裝置於測力尺之上，用於調零點及止動擺杆[7](指針[8])。以上全部結構裝置在透明方箱[9]內，另配置放電球[18]及投影器一臺，球[A][B]及放電球[18]由表面鍍金屬薄膜的空心塑料球構成。球[A]具有移動的操作裝置[15]、[16]，置於[A]下及箱壁上。
專利摘要投影式庫侖扭秤。本實用新型屬物理演示實驗儀器。該儀器採用投影方式定量演示和驗證庫侖定律。該儀器在結構設計、觀測方法等方面有較大的改進和創新，演示現象直觀、明顯，節省了演示時間，提高了演示效果。本儀器可直接觀測，也可用投影儀放大投影供幾百人觀察。該儀器可供大、中、專各類院校物理教學使用。
文檔編號G09B23/00GK2071364SQ8921861
公開日1991年2月13日 申請日期1989年10月26日 優先權日1989年10月26日
發明者韓長明, 白建英 申請人:東北師範大學