库仑扭秤实验的改进

　　高中物理教材（新人教版）选修3-1向学生介绍了“库仑定律”，并通过库仑扭秤实验做了论证。由于库仑扭秤（如图所示）结构上的复杂性以及操作上的精确要求，使该实验在中学教学中一直得不到普遍应用，所以，库仑定律的定量分析在教学上成了许多教师回避的空间。为了解决这个问题，让学生更好的理解库仑定律，笔者做了大量的实验，最后找到了一个切实可行的方案。下面介绍给大家。 　　（一）制作实验器材 　　1.把金属锡薄片用剪刀剪成一个半径为2cm的圆片（共A、B、C三片），为了防止带电过程漏电用砂纸打磨其边缘直至圆滑。用透明胶把两根绝缘的细线粘在A圆片上，做成半径为50cm的复摆（避免扭转）并悬挂在铁架台上。 　　2.把B圆薄片粘在带底座的绝缘柄上，并在B的边缘安装一个标尺，用来测量A、B之间的距离。C圆薄片上也粘上绝缘柄。 　　3.用厚木板锯成一个半径为50cm（和A圆片构成的复摆的半径相同）的圆槽。 　　4.在一块塑料板上贴上电脑纸制成背景板。（电脑纸上的等分格和B薄片上标尺的刻度相同）。 　　（二）实验的改进 　　把背景板竖直固定在铁架台底座上，要求0刻度线与A摆自由放置时的摆线对齐。把弧形槽放在A摆正下方，B薄片放在弧形槽上，用泡沫板和毛皮摩擦，用起电盘让A、B带电。带电后的原理图如图所示。移动圆槽和B圆片使B与A圆片正对且平行，保证A、B之间的作用力垂直于悬线。对A进行受力分析如原理图上所示，由力的平衡可知： 　　sinθ= ；过A点作一条垂直OC的垂线X，则sinθ= ；代入上式得： = ；即F= X；G、L是一个常数，所以F与X成正比。 　　现在我们就用这个原理来探究库仑力与电量之间和距离之间的关系。 　　1.A、B的距离不变： 让A、B带上同种电荷，一定距离下A、B在静电力作用下偏转，稳定后测出X的格子数，填入表格；用相同的C圆薄片与A圆薄片接触，这样使A的电量变为原来的一半，保持距离不变测出X的格子数，填入表格；用C圆薄片可改变A或B的电量几次，重复实验，分析数据。 　　2.A、B的电量不变：让A、B带上同种电荷，使A、B距离为d，A、B在静电力作用下偏转，测出X的格子数，填入表格；保持电量不变，使AB距离为d/2，测出X的格子数，填入表格；重复实验，分析数据。 　　对实验数据分析可以很精确得出库仑定律。实验如此改进后不仅操作方便而且精确可行，为库仑定律的教学开拓了空间。