巧用天平演示庫(kù)侖定律

馬利明 魯鵬飛

庫(kù)侖定律演示實(shí)驗(yàn)常用庫(kù)侖扭秤來完成。但扭秤裝置一般學(xué)校配置非常有限。因此巧妙利用常見實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料設(shè)計(jì)制作演示儀來突破教學(xué)難點(diǎn)顯得很有意義。下面具體介紹用天平和有機(jī)玻璃制作演示儀來演示庫(kù)侖定律。

1儀器特點(diǎn)

該儀器由演示天平改裝而成，能定量地演示兩帶電小球間的庫(kù)侖力大小；操作簡(jiǎn)單方便，實(shí)驗(yàn)誤差小，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高。

2制作材料

物理天平1架，乒乓球3個(gè)(表面涂上金屬漆)，有機(jī)玻璃3片(兩片40cm×2cm，一片60cm×5cm)，一小段有機(jī)玻璃棒，夾子兩個(gè)。

3制作方法

先拆去物理天平的兩個(gè)砝碼盤，再拆去左端平衡螺桿，保留右端平衡螺桿，在右端平衡螺桿下面裝上“平衡塊”(有一定重量的夾子充當(dāng)，容易調(diào)平衡)。見圖1。

①在兩片40cm×2cm有機(jī)玻璃的一端用膠水各粘上一個(gè)乒乓球，一片用膠水粘到橫梁的左端，另一片用沖擊鉆在其一端打上間距為2cm的兩個(gè)小孔。以便固定在中央立柱的有機(jī)玻璃片上；②在天平的中央立柱上固定60cm×5cm有機(jī)玻璃片，在中央立柱的有機(jī)玻璃片上也用沖擊鉆打上攢向間距為2cm的若干小孔?？v向間距為5cm，且最靠近橫梁的兩個(gè)小孔連線與橫梁平行(這樣乒乓球球心間距使容易控制)；③把第三個(gè)乒乓球與一根有機(jī)玻璃棒粘接，把它作為分電球。

4實(shí)驗(yàn)流程

4.1驗(yàn)證庫(kù)侖力大小與兩個(gè)帶電球的電量乘積成正比

4.1.1把游碼撥到零處，抬起橫梁，調(diào)節(jié)天平平衡(移動(dòng)夾子)，放下橫梁。

4.1.2把打上小孔的有機(jī)玻璃片固定在中央立柱的有機(jī)玻璃片上(可用一小段折彎的硬鐵絲固定)，這樣兩個(gè)小球間距為5cm，用感應(yīng)起電器使兩個(gè)小球帶上同種電荷。

4.1.3抬起橫梁，撥動(dòng)游碼，使天平平衡，讀出兩個(gè)帶電球間的庫(kù)侖力大小，并作上標(biāo)記。

4.1.4放下橫梁，用不帶電的完全相同的分電球去接觸一下其中一個(gè)帶電球，使它失去一半電量，再抬起橫梁。撥動(dòng)游碼，使天平重新平衡，再讀出兩個(gè)帶電球間的庫(kù)侖力大小，并作好標(biāo)記。

可看出：兩個(gè)帶電球的電量的乘積減半，則兩個(gè)帶電球間的庫(kù)侖力也減半，即兩個(gè)帶電球間的庫(kù)侖力大小與兩個(gè)帶電球的電量乘積成正比。(可重復(fù)同樣方法改變帶電球的電量多做幾次實(shí)驗(yàn))

4.2驗(yàn)證庫(kù)侖力大小與兩個(gè)帶電球的間距平方成反比

4.2.1抬起橫梁，用手觸碰兩帶電球，使其放完電。重新調(diào)節(jié)平衡。

4.2.2放下橫梁，再次用感應(yīng)的方法，使兩個(gè)小球帶上同種電荷。抬起橫梁，測(cè)出兩個(gè)帶電球間的庫(kù)侖力大小。并作好標(biāo)記。10cm。抬起橫梁，測(cè)出兩個(gè)帶電球間的庫(kù)侖力大小，并作好標(biāo)記。(注意：此時(shí)不能觸碰任何一個(gè)帶電球，以防漏電)

可看出：兩個(gè)帶電球間的距離增加一倍，兩個(gè)帶電球間的庫(kù)侖力減小到原來的1／4，即兩個(gè)帶電球間的庫(kù)侖力大小與兩個(gè)帶電球的間距平方成反比。(可重復(fù)同樣方法改變帶電球的間距多做幾次實(shí)驗(yàn))

5實(shí)驗(yàn)要求

實(shí)驗(yàn)環(huán)境應(yīng)盡量干燥(可采用烘燈烘照或把整個(gè)裝置放入一個(gè)透明有機(jī)玻璃做成的烘箱內(nèi))。