专利名称：一种分子间相互作用力的实验教具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物理实验仪器，尤其是一种用于验证分子间相互作用力的实 验教具。
背景技术：
人教版全日制普通高级中学教科书(必修加选修)物理第二册，在讲述分子间作 用力时，列举了 “把两块纯净的铅压紧，把两块光学玻璃表面处理好后压紧，说明了分子间 引力的存在；而压缩物体时，物体内部要产生反抗压缩的弹力，说明了分子间斥力的存在”。 但在阐述分子间作用力和分子间距离的关系时，教材用“研究表明”这样一术语，显得不形 象，并没有通过直观的实验教具来说明分子间作用力和分子间距离的关系，而只是给出了 定性的结论，因此学生只能死记硬背，影响接受效果。同时在此一块跟学生讲明弹力和摩擦 力的本质，显得机会难得，可以让同学们对分子间作用力与弹力和摩擦力的关系理解更加 透彻。因此为了培养学生的探究兴趣，增加课堂效果，让学生们知识形象化和系统化，可用 实验来说明物理结论。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种分子间相互作用力的实验教具，该实验 教具能形象的演示说明分子间作用力的存在以及分子间作用力与分子间距离的关系。为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是其结构中包括真空泵，真 空泵连接有真空罩，真空罩内放置有实验支架，实验支架上固定有水平载物台与挂杆，水平 载物台上水平放置有平板玻璃，平板玻璃下面借助第三水膜附着层、第四水膜附着层及大 气作用吸压有实验用物块，挂杆上沿竖直方向挂有平板玻璃，平板玻璃侧面借助第一水膜 附着层、第二水膜附着层及大气作用同样吸压有实验用物块，实验用物块由圆柱形槽码粘 连玻璃片组成。采用上述技术方案所产生的有益效果在于通过设置的该实验教具的演示并通过 对物块的受力分析，直观的说明了分子力的存在，以及分子间作用力与分子间距离的关系， 并通过理论分析说明了弹力和摩擦力的本质，这样直观的演示可以使学生们对分子间作用 力的相关知识有更加深刻的认识。
图1是本实验教具放置于空气中的示意图；图2是本实用新型实验教具的示意图；图3是在空气中B呈水平方向的受力分析图；图4是在空气中B呈竖直方向的受力分析图；图5是在真空中B呈水平方向的受力分析图；图6是在真空中B呈竖直方向的受力分析图；[0012]图7是分子间作用力与分子间距离的关系示意图；其中，1、实验用的支架；(2-1、2-2)为平板玻璃；(3-1、3_2)为玻璃片；(4-1、4-2) 为圆柱形槽码；5、真空罩；6、真空泵；7、挂杆；8、水平载物台；9-11、第一水膜附着层，9-12、 第二水膜附着层，9-21、第三水膜附着层，9-22、第四水膜附着层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。参见附图2，本实用新型结构中包括有真空泵6，真空泵6连接有真空罩5，真空罩 5内放置有实验支架1，实验支架1上固定有水平载物台8与挂杆7，水平载物台8上水平 放置有平板玻璃2-1，平板玻璃2-1下面通过第三水膜附着层9-21与第四水膜附着层9-22 以及大气压的作用吸压有实验用物块，挂杆7上沿竖直方向也挂有平板玻璃2-2，平板玻璃 2-2侧面通过第一水膜附着层9-11与第二水膜附着层9-12以及大气压的作用同样吸压有 实验用物块，该实验用物块由圆柱形槽码4-1、4-2分别粘连玻璃片3-1、3-2组成，此处玻璃 片优选为圆形玻璃片，上述水膜附着层形成于圆形玻璃片与平板玻璃之间，其依靠气压的 作用和水对玻璃的浸润所形成的两个附着层之间分子力的作用将两玻璃片吸压在一起，其 通过挤压出两玻璃片之间的水形成，以排除两玻璃片之间的空气，满足水分子不流动。本实 验教具中用到两个相同的平板玻璃2-1与2-2，两组相同的实验用物块。实验时先将本实验 教具放置于空气中进行实验，然后再放置于真空罩中进行实验，然后进行受力分析。本实验中圆柱形槽码的直径为50mm，质量为200g，实验时用502胶粘一直径为 50mm的圆形玻璃片，该圆形玻璃片厚度为5mm，质量为20g，组成一个实验用物块，所用平板 玻璃片(100mmX70mm)厚度为5mm，并在其一端钻一小孔，在本实验中真空泵为直联高速 旋片式真空泵2XZ-1型(单项，有防回油功能，JY02011)，真空罩又名抽气盘附罩，选用直径 不小于180mm(JY02016)，所用的真空罩与真空泵也可选用市面上销售的，满足实验要求即 可。在操作过程中在平板玻璃的其中一表面上蘸一点水，然后让实验用物块上的圆形 玻璃片贴附在此水膜上拉动，以使两附着层间的空气被排出，待明显感觉到摩擦力增大时， 再用力挤压两物体，以达到两水膜附着层之间分子距离能产生更明显的分子力，水分子不 流动，并放、挂于支架上。下面对其进行受力分析，以证明分子力的存在，以及弹力和摩擦力的本质，并通过 抽真空过程及理论分析研究分子间作用力与分子距离的关系。在下述分析中用A代表实验 用物块，B代表平板玻璃，G代表物块重力，P代表大气压力，S代表物块的受力面积，F代表 分子力，Fltl代表分子斥力，F11代表分子引力，r为分子间距离。1、在空气中实验参见附图1，将本实用新型的真空罩移走。参见附图3，其为B呈水平方向的受力分析图，本身重力G，大气压力PS，分子斥力 F (F = PS-G)，表现为弹力，共三个力作用。参见附图4，其为B呈竖直方向的受力分析图，本身重力G，竖直方向上的分子引力 Fl，表现为摩擦力，大气压力PS，水分子斥力F2，表现为弹力，共四个力作用。2、在真空罩中实验[0024]参见附图2，抽真空时启动真空泵的抽气开关，待几乎感觉不到有气体吐出时停止，时间大约2分钟。参见附图5，其为B呈水平方向的受力分析图，本身重力G，分子引力F，表现为弹 力，共两个力作用。参见附图6，其为B呈竖直方向的受力分析图，本身重力G，竖直方向上的分子引力 F1，表现为摩擦力，水分子引力F2，表现为弹力，水分子间斥力F3，表现为弹力，共四个力作用。从上述分析中可以看出，分子间存在作用力，作用力可以为斥力也可以为引力，并 且弹力和摩擦力其实为分子力。下面通过理论分析研究分子力与分子间距离的关系从空气中到真空中，A受重力G始终不变，但随着连续抽气，PS在连续减小，而物 块A始终处于平衡，这样就导致表现为分子斥力的F连续减小。当气压减至与重力平衡时， PS-G = O,原表现为斥力的F不存在，此时分子间引力和斥力平衡。继续抽气，导致PS <G， 要维持平衡，分子间作用力由原来的表现为斥力变为引力，方向与G相反。若抽气质量能理 想为真空，则PS = 0，此时表现为分子引力的F与G平衡，故F = 220g力，称为弹力。由于PS是向上托物块A的力，它在连续减小时，一方面导致表现为分子斥力的F 连续减小，另一方面使两附着层分子间距离连续变大(因为当向上托物块的力减小时，物 块有向下运动的趋势，但是物块保持平衡，所以微观分析表现为分子间距离变大)，中间又 经过了由表现为分子斥力变为分子引力的过程。这样，必定存在分子引力与分子斥力平衡 的状态，既不表现分子引力也不表现分子斥力，此状态定义分子间距为IV则表现为斥力 时，r < r0 ；引力斥力平衡时，r = r0 ；表现为引力时，r > r。。实验还证明两附着层分子间距离r < r0时，由于分子间表现为斥力，虽然引力和 斥力都随着距离的减小而增大，故只能是斥力增大的更快；两附着层分子间距离r > Γ0时， 由于分子间表现为引力，虽然引力和斥力都随着距离的增大而减小，故只能是斥力减小的 更快。本实验有一过程，r是从开始增加的，表现为分子引力的F从零开始增加到 G (220g力)。这一现象值得注意r0的数量级是1Ο—10m、，只有在r与r0相差甚微时，表现为 分子引力的值可随r的增大而增加。当分子间距离大于10_9m时，分子引力和分子斥力几乎 都为零，可以忽略不计，就更谈不上有明显的分子引力表现了。所以，表现为分子引力而随 r变化的曲线在r0附近具备峰值。通过理论分析，分子间作用力与分子间距离的关系参见附图7。对所公开的实施方式的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用 新型。对这种实施方式的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中 所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实 现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的 原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求一种分子间相互作用力的实验教具，其特征在于结构中包括有真空泵(6)，真空泵(6)连接有真空罩(5)，真空罩(5)内放置有实验支架(1)，实验支架(1)上固定有水平载物台(8)与挂杆(7)，水平载物台(8)上水平放置有平板玻璃(2 1)，平板玻璃(2 1)下面借助第三水膜附着层(9 21)、第四水膜附着层(9 22)及大气作用吸压有实验用物块，挂杆(7)上沿竖直方向挂有平板玻璃(2 2)，平板玻璃(2 2)侧面借助第一水膜附着层(9 11)、第二水膜附着层(9 12)及大气作用吸压有实验用物块，实验用物块由圆柱形槽码(4 1、4 2)粘连玻璃片(3 1、3 2)组成。
专利摘要本实用新型公开了一种分子间相互作用力的实验教具，其结构中包括有真空泵，真空泵连接有真空罩，真空罩内放置有实验支架，实验支架上固定有水平载物台与挂杆，水平载物台上水平放置有平板玻璃，平板玻璃下面通过两个水膜附着层及大气作用吸压有实验用物块，挂杆上沿竖直方向挂有平板玻璃，平板玻璃侧面通过两个水膜附着层及大气作用也吸压有实验用物块，实验用物块由圆柱形槽码粘连圆形玻璃片组成。该实验教具能形象的演示说明分子间作用力的存在、弹力与摩擦力的本质以及分子间作用力和分子间距离的关系。
文档编号G09B23/12GK201773513SQ20102004614
公开日2011年3月23日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者张顺信 申请人:张顺信