专利名称：投影式库仑扭秤的制作方法
技术领域：
本装置属物理演示实验仪器。
国内外已有的传统式库仑扭秤由于采用悬丝结构和角量观测，存在有平衡时间长，刻度细小，不易观察等缺点，不适合课堂教学演示。新研制的投影式库仑扭秤保留了传统式库仑扭秤的物理思想，在结构设计、观测方法、加工工艺等方面有较大的改进和创新。该仪器用投影方法进行观测；用游丝代替了传统仪器的悬丝；用质量小、表面镀膜球代替了金属球；用线量测量代替了角测量。采取上述改进方案，可使仪器结构简单直观，观测方便，缩短演示时间，增强实验效果，有利于提高教学质量。
研制本仪器的目的是使物理教师能在课堂上利用该仪器来定量投影演示和验证库仑定律。
该扭秤由扭摆球，移动球、透明方箱三部分构成。
扭摆球部分为该扭秤的关键部分，主要由带电球〔B〕、配重〔1〕、摆杆〔7〕、游丝〔3〕、摆架〔4〕等部件组成。
带电球〔B〕为空心塑料球，表面采用真空镀膜新工艺镀上一层金属薄膜。过球心插入摆杆〔7〕，摆杆〔7〕分为两段，插入B球的一段为绝缘材料，长度大约为摆杆〔7〕总长的二分之一，杆径可为3.6mm。摆杆〔7〕穿过B球露出指针〔8〕。摆杆〔7〕另一段为铝材，并安装有配重〔1〕。在摆动系统的重心处固定有摆轴〔5〕，重心到球心的距离l可为175mm。摆轴〔5〕为钢材，两端为尖伏。摆轴〔5〕在两个轴承〔6〕之间可自由转动。摆轴〔5〕与游丝〔3〕的内端固定，游丝〔3〕外端与调零片〔2〕的弯曲端粘接，调零片〔2〕的直柄端较长，用来粗调指针〔8〕指零，零点最大偏离为±1.5mm。调零片〔2〕用螺帽安装在摆架〔4〕上，摆架〔4〕固定在透明方箱〔9〕的底板上。
使带电球〔A〕、〔B〕带同种电荷，电量分别为Q1、Q2，二者间产生斥力F，对游丝〔3〕的力矩为Fl与游丝〔3〕的回复力矩M平衡时，Fl＝M。根据虎克定律，回复力矩M与转角θ成正比，M＝Dθ(D为游丝的扭转系数)当θ角很小时，θ＝△S／l，F＝ (D)/(l2) △SF的大小可近似地用指针〔8〕离开B球不带电时指针〔8〕平衡位置O点的距离△S来量度，F的大小是相对测量，用测力标尺〔13〕上的刻度来量度。
移动球部分主要由带电球〔A〕、A球底座〔16〕、移动旋扭〔15〕、测距标尺〔14〕等部件组成。
A球的大小和表面处理同B球。将A球用树脂胶粘在A球底座〔16〕的绝缘支柱上，并使A、B球等高。A球底座〔16〕用有机玻璃制作，通过移动旋扭〔15〕可以左右移动底座，改变A、B球间距离r，r的大小由固定在A球底座〔16〕上的测距标尺〔14〕来测得。测距标尺〔14〕为透明毫米刻度尺，尺身与两球心连线平行且垂直于摆杆。
透明方箱〔9〕用透明有机玻璃制作，外形尺寸可为300×300×78mm。透明方箱〔9〕具有防尘、防潮、防风及便于投影放大等作用。上面为盖板，用四个螺丝固定，维修时可拆下。左侧有活动拉板〔17〕，便于实验中给A、B球带电和进行其它操作。在正面上有止动旋扭〔11〕和微调零旋扭〔12〕。止动旋扭〔11〕用有机玻璃加工，它的前端钻有圆洞，当摆球B靠近O点时，旋入旋扭，使指针〔8〕插入圆洞，起到使摆球止动和在搬运中防止摆球振松动的作用。微调零旋扭〔12〕拧在测力标尺〔13〕上，旋扭松动时可以左右微微移动测力标尺〔13〕，使零点位置与不带电摆球平衡时指针〔8〕位置在投影屏幕上重合。方箱底部四角各安装一个橡胶底脚〔10〕，防止摩伤方箱底板和投影仪的保护玻璃。
扭秤附件放电球〔18〕、有机玻璃棒、丝绸、干燥剂。
该扭秤可明显、直观地演示和验证库仑定律。可直接观测，在课堂上可利用投影仪投影放大供几百人观察，可见度大，演示效果良好，演示时间短促，该仪器可供大、中、专各类院校物理教学使用。
附图
为投影式库仑扭秤结构示意图
权利要求一种定量演示库仑定律的库仑扭秤，其特征在于由球[B]、摆杆[7]、指针[8]、游丝[3]、摆架[4]及配重[1]构成游丝扭摆系统，摆杆的一端装球[B]，再装置指针[8]。可移动球[A]与[B]带电后相互作用。[B]球的移动距离由置于其下的测距标尺[14]测出。测力标尺[13]置于指针[8]之下，用于测力。微调旋钮[12]、止动旋钮[11]装置于测力尺之上，用于调零点及止动摆杆[7](指针[8])。以上全部结构装置在透明方箱[9]内，另配置放电球[18]及投影器一台，球[A][B]及放电球[18]由表面镀金属薄膜的空心塑料球构成。球[A]具有移动的操作装置[15]、[16]，置于[A]下及箱壁上。
专利摘要投影式库仑扭秤。本实用新型属物理演示实验仪器。该仪器采用投影方式定量演示和验证库仑定律。该仪器在结构设计、观测方法等方面有较大的改进和创新，演示现象直观、明显，节省了演示时间，提高了演示效果。本仪器可直接观测，也可用投影仪放大投影供几百人观察。该仪器可供大、中、专各类院校物理教学使用。
文档编号G09B23/00GK2071364SQ8921861
公开日1991年2月13日 申请日期1989年10月26日 优先权日1989年10月26日
发明者韩长明, 白建英 申请人:东北师范大学