專(zhuān)利名稱(chēng)：靜電場(chǎng)多功能演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬物理教學(xué)儀器的技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于靜電場(chǎng)的教學(xué)儀器共分兩類(lèi)一類(lèi)是僅能從定性方面顯示、驗(yàn)證個(gè)別的靜電現(xiàn)象的儀器，這類(lèi)儀器不能對(duì)靜電場(chǎng)中的物理量進(jìn)行測(cè)量，從而不能顯示、驗(yàn)證場(chǎng)中各物理量間的數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律；另一類(lèi)是供學(xué)生作實(shí)驗(yàn)用的模擬靜電場(chǎng)描繪儀，其主要功能是描繪電場(chǎng)的等勢(shì)線(xiàn)，利用這類(lèi)儀器至多只能在描繪等勢(shì)線(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)靜電場(chǎng)的個(gè)別性質(zhì)和規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證。
本實(shí)用新型的目的是使之成為一種多用途、多功能的靜電場(chǎng)教學(xué)儀器能夠從定性和定量?jī)煞矫骘@示、驗(yàn)證靜電場(chǎng)的多種性質(zhì)和規(guī)律以及場(chǎng)中各個(gè)物理量之間的數(shù)量關(guān)系，突破現(xiàn)有技術(shù)的局限性。
本實(shí)用新型外型為手提箱式，其箱蓋2平面和箱體1平面經(jīng)緊固片6的插入，拼成一個(gè)示教板面，其箱蓋2供安裝可置換的各種專(zhuān)用電場(chǎng)板5(點(diǎn)電荷電場(chǎng)、電偶極電場(chǎng)等等)和隨動(dòng)筆架10的支座7之用；其箱體1平面裝有由一組數(shù)碼管組成的數(shù)碼顯示屏3、一組控制開(kāi)關(guān)8和輸入插孔9；余下部分為電場(chǎng)顯示區(qū)4，供描繪筆12指示所考察的電場(chǎng)位置或描繪等勢(shì)線(xiàn)等電場(chǎng)圖形之用。利用放大尺原理制作的可拆卸的隨動(dòng)筆架10上裝有電場(chǎng)探針11和描繪筆12，兩者同步運(yùn)行。隨動(dòng)筆架10的作用是將實(shí)際考察的電場(chǎng)圖形映射到電動(dòng)顯示區(qū)4內(nèi)，便于觀(guān)察和測(cè)量電場(chǎng)中各點(diǎn)的距離。電場(chǎng)探針11的作用是將它觸及的場(chǎng)中的點(diǎn)的有關(guān)物理信號(hào)輸入數(shù)字檢測(cè)顯示電路。描繪筆12既可供描繪電場(chǎng)圖形(含打點(diǎn))之用，又可用于指示電場(chǎng)中的點(diǎn)在電場(chǎng)顯示區(qū)4內(nèi)的相應(yīng)位置。當(dāng)電場(chǎng)探針11在場(chǎng)中所觸及的點(diǎn)變化時(shí)，數(shù)碼顯示屏3所顯示的數(shù)值隨之變化。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬靜電場(chǎng)的電勢(shì)、電量和電荷密度的測(cè)量，本實(shí)用新型裝有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的數(shù)字檢測(cè)顯示電路，將數(shù)字測(cè)量顯示技術(shù)用于靜電場(chǎng)教學(xué)儀器。為了測(cè)量荷電導(dǎo)體表面任一點(diǎn)處的電荷密度，在測(cè)量技術(shù)上，本實(shí)用新型在其電場(chǎng)探針11針干上穿上一絕緣圓住形小套筒，測(cè)量時(shí)保持上述套筒緊貼被測(cè)導(dǎo)體邊緣，本實(shí)用新型根據(jù)可用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)的原理，用電流強(qiáng)度來(lái)模擬電量，為實(shí)現(xiàn)這種模擬，本實(shí)用新型在電場(chǎng)的源電極電路中串有取樣電阻，對(duì)流過(guò)它的電流進(jìn)行測(cè)量和處理，作為電場(chǎng)中的電量顯示出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬靜電場(chǎng)電量的測(cè)量，為了使得所測(cè)出的電量的電荷密是可在公式中進(jìn)行運(yùn)算的有確定單位的數(shù)值(例如，測(cè)量圓柱形荷電導(dǎo)體單位高度上的電量，本實(shí)用新型用10－10庫(kù)倫／來(lái)作測(cè)量單位)，本實(shí)用新型在前述數(shù)字檢測(cè)顯示電路中，設(shè)置了用于定標(biāo)的電位器。
本實(shí)用新型是一種演示與實(shí)驗(yàn)兩用儀豎置用為教師講課時(shí)的演示儀器，平置用為學(xué)生獨(dú)立操作的實(shí)驗(yàn)儀器，只要分別按下本實(shí)用新型的電勢(shì)鍵、電量鍵、電荷密度鍵，數(shù)碼顯示屏3就立即清晰、準(zhǔn)確地顯示出所測(cè)得電勢(shì)、電量和電荷密度的值(連同正、負(fù)號(hào))。
本實(shí)用新型是一種全面模擬顯示靜電場(chǎng)多種性質(zhì)和規(guī)律的綜合性、多用途的教學(xué)儀器。目前尚未見(jiàn)到其它具有同類(lèi)功能的靜電場(chǎng)教學(xué)儀器。
本實(shí)用新型對(duì)靜電場(chǎng)進(jìn)行較全面的研究。使用一臺(tái)本實(shí)用新型就可演示、驗(yàn)證靜電場(chǎng)有關(guān)物理量之間眾多的數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律，揭示出各種靜電場(chǎng)的多種基本性質(zhì)。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實(shí)用新型數(shù)字檢測(cè)顯示電路圖。
本實(shí)用新型在實(shí)施時(shí)可進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)1、定量顯示各種靜電場(chǎng)的電勢(shì)分布，并可在示教板上直接描繪出相應(yīng)的等勢(shì)線(xiàn)。
2、檢測(cè)并顯示靜電平衡時(shí)，導(dǎo)電體表面出現(xiàn)的感應(yīng)電荷及其分布規(guī)律。
3、顯示靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體是等勢(shì)體，其表面是等勢(shì)面。
4、顯示靜電屏蔽效應(yīng)。
5、驗(yàn)證電勢(shì)對(duì)源電荷大小及距離的依賴(lài)規(guī)律(電勢(shì)公式)對(duì)柱形電場(chǎng)驗(yàn)證公式U＝ (λ)/(2πε0) ln (R)/(r)6、顯示靜電場(chǎng)中導(dǎo)體接地效應(yīng)。
7、測(cè)算電場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)圓柱形電場(chǎng)驗(yàn)證場(chǎng)強(qiáng)公式E＝ (Q/h)/(2πε0r)8、顯示荷電導(dǎo)體表面電荷密度與表面曲率的關(guān)系。
9、驗(yàn)證高斯(Gauss)定理。
10、驗(yàn)證電象法(image method)11、測(cè)量電容器電容，對(duì)圓柱形電容器驗(yàn)證(1)電容公式C＝ (Q)/(VA-VB) 與C＝ 等價(jià)；(2)串、并聯(lián)電容器電容計(jì)算公式。
權(quán)利要求1.一種用于物理課教學(xué)靜電場(chǎng)多功能演示儀，其特征在于(1)外形為手提箱式，拉開(kāi)箱蓋2則箱蓋2平面與箱體1平面經(jīng)緊固片6的插入而拼成一矩形平板，該平板的左半部安裝可置換的各種專(zhuān)用電場(chǎng)板5，右半部為數(shù)碼顯示屏3及電場(chǎng)顯示區(qū)4，(2)一個(gè)根據(jù)放大尺原理制作的可拆卸隨動(dòng)筆架10，它聯(lián)系上述電場(chǎng)板5和電場(chǎng)顯示區(qū)4，其上有裝有一支用以檢錄電場(chǎng)信號(hào)的電場(chǎng)探針11和一支用以指示電場(chǎng)探針的觸點(diǎn)或描繪電場(chǎng)圖形的描繪筆12，描繪筆12與電場(chǎng)探針11同步運(yùn)行。(3)一個(gè)數(shù)字檢測(cè)顯示電路裝于上述箱體內(nèi)，它處理并顯示所測(cè)的電勢(shì)、電量和電荷密度的值。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電場(chǎng)多功能演示儀，其特征在于電場(chǎng)探針11針干上，穿有一個(gè)絕緣圓柱型套筒。
3.如權(quán)利要求1所述的靜電場(chǎng)多功能演示儀，其特征在于在教學(xué)檢測(cè)顯示電路中，接有取樣電阻及用于定標(biāo)的電位器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種用于靜電場(chǎng)教學(xué)的多功能、多用途的儀器，屬物理教學(xué)儀器的技術(shù)領(lǐng)域。它裝有一個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的教學(xué)檢測(cè)顯示電路，可以測(cè)量模擬靜電場(chǎng)的電勢(shì)、電量和電荷密度值，并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。還裝有根據(jù)放大尺原理制作的隨動(dòng)筆架，其上的描繪筆與電場(chǎng)探針同步運(yùn)行，它將被考察的電場(chǎng)的幾何形狀映射到便于觀(guān)測(cè)的電場(chǎng)顯示區(qū)內(nèi)，利用本實(shí)用新型可以顯示、驗(yàn)證靜電場(chǎng)的多種性質(zhì)和規(guī)律，以及各有關(guān)物理量之間的數(shù)量關(guān)系，用作大、中學(xué)物理課的演示儀器或?qū)嶒?yàn)儀器。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2108974SQ9121921
公開(kāi)日1992年7月1日 申請(qǐng)日期1991年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月27日
發(fā)明者李振華, 賀志賢, 付柏安 申請(qǐng)人:李振華, 賀志賢, 李國(guó)鋒