专利名称：静电场实验笔及使用该实验笔的导电微晶静电场描绘仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种静电场实验笔及使用该实验笔的导电微晶静电场描绘仪。
背景技术：
静电场描绘仪是在静电场物理教学和实验中广泛应用的一种设备。CN2374938Y的中国专利文件详细介绍了静电场描绘仪的原理。静电场描绘仪给予操作人员操作的主要是实验笔，实验笔本质上就是电压测量装置表笔，通过观察电压测量装置，确定实验笔所接触位置的电压，将电压相同的点描成线，就是等电位线。在教学和实验中，一种具体描点方法如图I所示。左侧为导电微晶实验面板，上面有坐标线，A、B为电极位置。右侧为描绘坐标纸，描绘坐标纸与导电微晶实验面板对应，等电位线的描绘将在描绘坐标纸上进行。开始操作时，首先与导电微晶实验面板的坐标线比对，在描绘坐标纸上确定A、B电极的对应位置A’、B’。然后用实验笔在导电微晶实验面板上找到一个等电势点D。借助试验面板上的坐标线确定D点相对A、B距离，在描绘坐标纸上数X和y两个方向坐标线条数，找到D的对应点D’。同理可以确定等势点C的对应点C’。上述过程存在以下几个问题通过沿X和y两个方向数坐标线条数确定C、D的位置，耗时长且容易数错；数坐标线过程中，实验笔的位置容易滑动，还需要重新找C、D点；当等电势点为D点(非X向和y向坐标线的交点)时，在导电微晶上和在坐标纸上确定D点位置均需要估读，会有两次估读误差；长期使用时，实验笔与导电微晶相摩擦，不仅有损导电微晶，且使实验笔笔头变粗，定位不准，引入测量误差。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种静电场实验笔及使用该实验笔的导电微晶静电场描绘仪，用以解决应用现有实验笔的测试方式耗时、准确度差的问题。为实现上述目的，本实用新型的方案是静电场实验笔，包括用于导电连接电压测量装置一个测量端的探头，其特征在于，还包括末端铰接形成圆规型结构的测量臂与定位臂；所述探头安装在测量臂前端，探头为用于在描绘纸上画线、由导电材料制成的笔芯。所述笔芯为可拆卸装配于测量臂前端的铅笔芯。所述测量臂内设有夹头，一端夹设所述铅笔芯，另一端夹设用于连接电压测量装置测试端的导线。定位臂前端设有用于在描绘纸上定位的顶尖。导电微晶静电场描绘仪，包括导电微晶实验面板、电压测量装置和实验笔，实验笔包括用于导电连接电压测量装置一个测量端的探头还包括末端铰接形成圆规型结构的测量臂与定位臂；所述探头安装在测量臂前端，探头为用于在描绘纸上画线、由导电材料制成的笔芯。[0015]所述笔芯为可拆卸装配于测量臂前端的铅笔芯。所述测量臂内设有夹头，一端夹设所述铅笔芯，另一端夹设用于连接电压测量装置测试端的导线。定位臂前端设有用于在描绘纸上定位的顶尖。本实用新型的实验笔外形与工作方式与圆规相同，用“圆规”式的实验笔在导电微晶实验面板上确定电极与等势点距离，然后在描绘坐标纸上画弧找出等势点在描绘坐标纸上的对应点。用两臂之间的距离来表示等势点相对参考点的位置，取代数坐标线条数确定等电势点位置的方法，在极大提闻实验效率的同时，也提闻实验精度。采用上述测试方式，可以用任意一张空白纸取代描绘坐标纸，绘制任意形状带电
导体静电场的分布，也不必为不同的带电导体绘制坐标------用任意白纸代替坐标纸，大
大降低了实验成本。甚至也不必在导电微晶上绘制坐标线，降低了实验仪器的制作难度和成本。综合而言，利用该实用新型绘制静电场的分布不仅速度快、精度高、适用范围广、实验成本低，还可以为学生节省大量的时间，使学生在有限的时间内可以从事更多的实验探索，激发学习的热情和兴趣。
图I是现有技术的测试方式示意图；图2是本实用新型的实验笔结构图；图3是定位臂示意图；图4、图5是本实用新型所采用的测试方式示意图；图6是平板电极实验中实验笔使用示意图；图7是平板电极实验中按比例缩小描绘示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。实验笔实施例如图2、图3所示，实验笔由测量臂2和定位臂7构成。测量臂2前端的探头用于导电连接电压测量装置一个测试端，测量臂后端设有铰接轴，与定位臂铰接在一起形成圆规型结构。测量臂与定位臂绝缘。测量臂前端的探头是一个用于在描绘纸上画线的、由导电材料制成的笔芯4，笔芯采用铅笔芯，方便在纸上画线和擦除。而且铅笔芯较细，定位校准且使用过程中不会划伤导电微晶。铅笔芯可拆卸装配在测量臂前端，铅笔芯长度可调整且铅笔芯可更换。铅笔芯与电压测量装置测试端，即图中外接导线I导电连接，测量臂中空，内设有夹头，一端夹设铅笔芯，另一端夹设外接导线。测量臂末端为圆形，通过螺栓螺母8与定位臂铰接。铅笔芯长度可以调节，为了能够实现铅笔芯长度调节，测量臂在结构上采用侧压式自动铅笔的结构形式。定位臂前端设有用于在描绘纸上定位的顶尖5，顶尖采用了金属杆，通过紧固螺母6安装在定位臂上，紧固螺母上端外侧有防滑竖纹。紧固螺母6套于定位臂底端拧紧，可将金属杆固定。如图4实验过程如下( I)连接好电压测量装置，电极通电，根据导电微晶上电极A和B的位置，在描绘坐标纸上确定两电极的对应位置A’和B’ ；
·[0034](2)用测量臂的铅笔芯在导电微晶实验面板上找到等电势点D ；(3)固定铅笔芯在D点，拉开定位臂到电极A处，得到距离AD ；(4)在描绘坐标纸上，以电极A’为圆心，AD为半径R1，画弧；(5)固定铅笔芯在D点，拉开定位臂到电极B处，得到距离BD ；(6)在描绘坐标纸上，以电极B’为圆心，BD为半径R2，画弧；(7)两弧交点即为等电势点D点在描绘坐标纸上的位置D’ ；(8)同理，如图5 (R1=AC，R2=BC)，可以确定C，位置，确定多个等势点后连续，即可得到等电势线。显然，采用本实用新型的实验笔，描绘纸可以用白纸，导电微晶实验板上也可以不用画出坐标线。以上的实验方法适用于点状电极，以点状电极作为参考点。实际上，也可以采用任意点作为参考点，这样能够适用于各种形状电极。如图5给出了平板电极的测量方法，两电极分别位于面板上下两端。与上述方法不同仅在于，X、Y为实验面板上选取的参考点，V、V为描绘坐标纸上的对应点，XY方位、距离与X’ V相同。实验时，两次选取的半径Rl、R2分别为DX、DY。进一步的，还可以缩小或者放大描绘坐标纸的面积。如图7所示，XY方位与X’ V相同，2X’ Y，=XY，两次选取的半径R1、R2分别为0. 5DX.0. OTY，则将能够绘制出与实验面板成1/2比例的等势线图。同理，可以绘制出任意比例的等势线图。描绘仪实施例除了以上实施例所述的实验笔，描绘仪还包括实验用电源、电压测量装置，导电微晶实验面板和实验用的电极等，本实用新型的描绘仪适用于各种形状的电极。由于这些部分与现有技术相同，所以在此不再赘述。电压测量装置可以采用电压表和其他能够测量电压的实验产品。
权利要求1.静电场实验笔，包括用于导电连接电压测量装置一个测量端的探头，其特征在于，还包括末端铰接形成圆规型结构的测量臂与定位臂；所述探头安装在测量臂前端，探头为用于在描绘纸上画线、由导电材料制成的笔芯。
2.根据权利要求I所述的静电场实验笔，其特征在于，所述笔芯为可拆卸装配于测量臂前端的铅笔芯。
3.根据权利要求2所述的静电场实验笔，其特征在于，所述测量臂内设有夹头，一端夹设所述铅笔芯，另一端夹设用于连接电压测量装置测试端的导线。
4.根据权利要求I所述的静电场实验笔，其特征在于，定位臂前端设有用于在描绘纸上定位的顶尖。
5.导电微晶静电场描绘仪，包括导电微晶实验面板、电压测量装置和实验笔，实验笔包括用于导电连接电压测量装置一个测量端的探头，其特征在于，还包括末端铰接形成圆规型结构的测量臂与定位臂；所述探头安装在测量臂前端，探头为用于在描绘纸上画线、由导电材料制成的笔芯。
6.根据权利要求5所述的导电微晶静电场描绘仪，其特征在于，所述笔芯为可拆卸装配于测量臂前端的铅笔芯。
7.根据权利要求6所述的导电微晶静电场描绘仪，其特征在于，所述测量臂内设有夹头，一端夹设所述铅笔芯，另一端夹设用于连接电压测量装置测试端的导线。
8.根据权利要求5所述的导电微晶静电场描绘仪，其特征在于，定位臂前端设有用于在描绘纸上定位的顶尖。
专利摘要本实用新型涉及静电场实验笔及使用该实验笔的导电微晶静电场描绘仪，实验笔包括用于导电连接电压测量装置一个测量端的探头，还包括末端铰接形成圆规型结构的测量臂与定位臂；所述探头安装在测量臂前端，探头为用于在描绘纸上画线、由导电材料制成的笔芯。用两臂之间的距离来表示等势点相对参考点的位置，取代数坐标线条数确定等电势点位置的方法，在极大提高实验效率的同时，也提高实验精度。
文档编号G09B23/18GK202795857SQ20122048856
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者张岩, 王素红, 张胜海 申请人:张岩