多用静电实验台.doc

多 用 静 电 实 验 台

一、     研究背景
电学是物理学中重要组成部分，电学又具有很抽象的特点，两电荷间的物理实验又是物理教学中的一个难点、为了突破这一教学难点我设计了一台由多个金属球和实验平台组成的实验仪，该实验仪可作十几个实验。能起到提高学生的学习兴趣，突出物理学的实验教学特征，有效地提高课堂教学效率。
二、     设计思路
电荷之间的相互作用是通过电场发生的，有电荷存在周围就有电场。用抽象简单的实验来验证点电荷的电场是三维空间的立体客观存在，要突出物理学的实验教学特征，操作要方便，实验现象要十分明显；该实验仪由三个部分组成，如图一所示：上部分为活动用球，中间部分是实验平台，下部分是由圆形支承座组成，整体形成圆形结构设计，操作也十分简单。
三、设计过程
用PVC硬塑板做圆形工作实验平台、金属球作导电电场，工作平台与支脚用塑料套管连接，采用直流高压静电电源或者静电发生器配合，能较好地演示电力与电荷量及距离间的定性关系。
1、工作平台的设计
圆形平台设计是采用Φ500mm厚6mm的PVC塑料板制作可以任意旋转，平台上有四个导电装置，如图3所示：其中两个金属球分别装在Φ8mm的导电园孔上，两孔中心距离为300mm，台面上另两个导电装置，垂直导电圆孔中心线并分别嵌装了Φ2 mm的金属导线连接金属箔纸小球。
台面上还装有导轨使小球支架可在上面移动80mm，使实验灵活多变。

2、支承座的设计
支承座用铸铁加工成Φ240mm的圆台形支座，中心用Φ26mm的塑料管连接，高度为220mm，塑料管上端配有铜螺母并用导线连焊接，通过塑料管中心连到外部，可连接电源。
3、平台上部分实验用球的设计

如图2：所示球体直径分别由Φ120、Φ80、Φ60mm组成，如图3所示球体直径由Φ80、Φ52、Φ38mm成对组成，所有球的中心到平台之间的高度均为200mm。球的支承杆用PVC塑料管，采用螺母螺杆连接，两球都是通过手柄转动来改变距离、位置，两球中心距110mm—480mm之间任意可调。最小的球采用金属铝箔或香烟内包装膜去掉上面的纸做成Φ20mm空心小球，小球的支杆材料用塑料板制成高为460mm，上端装有活动金属拉杆用来改变距离，支杆中心用导线将金属拉杆与支承杆底座下面有一金属块连接形成导电体。
四、实验结果说明
1、 图2：是用来做电荷之间的相互作用力的关系，实验说明大球与两个相同的小球在同一直线上、比较小球在不同位置时所受到电力的大小，可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来，并且还可以通过平台旋转看到电场是三维立体客观存在的。
2、 图3实验说明自然界存在两种电荷：正电荷和负电荷。同种电荷相排斥，异种电荷相互吸引，同时也通过直流高压静电电源来验证电荷的正负。

3、 图4：是用来做静电乒乓实验，两块平板分别接通正负电荷就可以观察到金属箔纸小球在两平板之间来回乒乓。

4、 通过图5实验：可以观察到点电荷之间电场的大小，电场的场强、电场的叠加现象，实验中两个相等的金属大球与金属箔纸小球带同种电荷时可以看到小球在两大球之间沿直线偏离，只要改变两大球其中的一个球偏转位置就明显观察到小球的偏角变化，可以看到静电力的大小变化和方向。

5、通过 图6、图7实验：观察同种电荷和异种点电荷的电场线分布示意图。

6、 通过图8、图9实验：可观察到点电荷与带电平板的电场线分布、平行板与平行板之间带有等量的正负电荷，它们之间的电场是匀强电场电场线平行距离相等 。
该实验仪器为教学带来很大的方便有独到之处，形象直接地告诉学生点电荷的电场是三维空间的立体客观存在，突出了实验教学特征……能演示十几种实验，有效地提高课堂教学效率，工艺设计合理有推广价值。