本发明专利技术的静电学实验装置包括金属壳，两金属壳均为中空结构，且分别安装在支撑板上，支撑板上设有与金属壳连通的通孔，支撑板两端分别通过第一支柱安装在底座一侧，顶升机构安装在底座另一侧，两储球管内分别装有金属球，并安装在顶升机构上，两金属壳分别连接Y型轨道分叉端，Y型轨道重合端连接两储球管顶部，两金属板分别设在Y型轨道两侧，且分别通过第二支柱对称安装在底座上，两金属板分别通过导线连接电源，Y型轨道重合一端中部设有导电片，底座、第一支柱、第二支柱、支撑板、储球管和Y型轨道均为绝缘材料制成。还提供了实验方法，该发明专利技术能通过金属球动态循环的滚动过程进行多个静电学实验项目，便于静电学概念和规律的科学探究。探究。探究。
An electrostatic experimental device and its experimental method
【技术实现步骤摘要】
一种静电学实验装置及其实验方法
[0001]本专利技术属于静电学科教设备
，具体涉及一种静电学实验装置及其实验方法。
技术介绍
[0002]静电学中的一些重要物理概念，包括电场强度、电势、电通量、电容等抽象难懂，一些物理理论，包括静电场中的高斯定理、电场强度与电势的关系、电容器充放电过程、静电平衡现象、静电感应现象等，与学生的日常生活联系很少，学习者缺乏足够的经验积累，增加了学习的难度。
[0003]目前相关的静电学实验，可以分为两种类型。第一种类型是利用简单的仪器，演示一些简单的静电学现象，例如摩擦起电、静电作用力等。这些实验存在诸多影响因素，例如仪器的性能、周围环境变化等，导致实验精确度不高，实验结果的可控性较差。
[0004]第二种类型是利用复杂和专业的仪器，对于某些物理概念和理论进行分析研究。这些实验侧重于对某个物理概念或者理论的分析，研究对象单一，现象和结果明确，需要进行复杂的数据记录和处理。例如静电场描绘实验，目的是用模拟法测量静电场的分布，需要使用静电场测绘仪，检流计，电阻箱，方格纸等器材，通过复杂的理论分析与计算得出结论。
技术实现思路
[0005]为了解决现有技术的缺陷，本专利技术提供一种静电学实验装置及其实验方法，具体方案如下：
[0006]静电学实验装置，包括底座、金属壳、顶升机构、储球管、第一支柱、金属板、第二支柱、支撑板和Y型轨道，两金属壳均为中空结构，且分别安装在支撑板上，支撑板上设有与金属壳连通的通孔，支撑板两端分别通过第一支柱安装在底座一侧，顶升机构安装在底座另一侧，两储球管内分别装有金属球，并安装在顶升机构上，两金属壳分别连接Y型轨道分叉端，Y型轨道重合端连接两储球管顶部，两金属板分别设在Y型轨道两侧，且分别通过第二支柱对称安装在底座上，两金属板分别通过导线连接电源，Y型轨道重合一端中部设有导电片，底座、第一支柱、第二支柱、支撑板、储球管和Y型轨道均为绝缘材料制成。
[0007]进一步地，还包括返回轨道、红外光电开关、计数器和测电器，两返回轨道一端分别连接通孔，所述顶升机构包括外壳、活动块、顶杆、Z型连杆和减速电机，外壳顶部设有两端分别设有球入口和球出口，两返回轨道另一端分别连接球入口，两球出口分别连接储球管，活动块活动穿入外壳，外壳两侧分别设有圆孔，活动块顶部两侧分别设有顶杆通道，活动块两侧分别对称设有与顶杆通道联通的滑轨，两Z型连杆另一端依次活动穿过圆孔和滑轨分别连接顶杆，另一端分别连接减速电机输出轴或支座，两顶杆分别活动设在顶杆通道内，所述红外光电开关安装在Y型轨道与储球管连接处，计数器连接红外光电开关，测电器连接金属壳。
[0008]进一步地，所述顶杆通道为漏斗状。
[0009]进一步地，所述测电器为指针验电器或静电计。
[0010]进一步地，所述金属板为方形，两对称的金属板之间相距10～30cm，所述金属壳为球状，其顶部和底部分别设有相互联通的开口，顶部开口直径大于底部开口直径5～10mm。
[0011]进一步地，所述绝缘材料为亚克力板、有机玻璃或塑料，所述第一支柱和第二支柱之间相距10～40cm，第二支柱高于第一支柱5～30cm。
[0012]一种所述的静电学实验装置的实验方法，包括如下步骤：
[0013]步骤(1)，接通电源，使两金属板之间分布稳恒的静电场；
[0014]步骤(2)，启动顶升机构每次同步将两储球管内顶部的金属球分别运送到Y型轨道，通过Y型轨道进入静电场中，使金属球表面分别布满正、负电荷后从Y型轨道分叉端分别进入对应的金属壳内，金属球表面的正、负电荷转移到金属壳外表面后转变为失电金属球，依次经过金属壳底部开口和支撑板的通孔滑进返回轨道，通过返回轨道和顶升机构返回至储球管底部，重复该步骤直到实验结束，通过测电器显示金属壳表面的电势变化，通过红外光电开关和计数器统计金属球的滚动数量。
[0015]本专利技术的优点
[0016]1、本专利技术的静电学实验装置不同于常规的简单演示实验或者专业实验仪器，能够同时对多个静电场的物理概念和理论进行研究，实验过程中避免了人为操作对实验结果的影响，现象生动有趣。
[0017]2、本专利技术的静电学实验装置的使用对象广泛，针对从初中到高中、大学阶段的不同学习者的能力和素质要求，进行不同难度的实验项目和现象分析。例如初中学生通过实验一的静电感应实验现象，只需要认识到两个金属球上分别出现了正、负电荷；高中学生需要理解这些正、负电荷都集中在金属球的外表面；大学阶段的学习者需要分析正、负电荷产生的物理过程和机制。
[0018]3、本专利技术的静电学实验装置结构科学合理、实验现象稳定、受周围环境变化影响小，适合学习者动手操作，且工艺流程简单，技术要求难度较低，能通过金属球动态循环的滚动过程进行多个静电学实验项目，便于学习者静电学概念和规律的科学探究。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的静电学实验装置的整体结构示意图。
[0020]图2为图1的部分结构立体图。
[0021]图3为图1的顶升机构的结构示意图。
[0022]图4为图3的活动块、顶柱、Z型连杆和减速电机连接示意图。
[0023]图5为图3的顶升机构的顶杆移动到球入口时的状态图。
[0024]图6为图3的顶升机构的顶杆移动到球出口时的状态图。
[0025]图7为实验1的常规静电感应实验示意图。
[0026]图8为实验2的常规静电平衡实验示意图。
[0027]图中：
[0028]1、测电器；2、金属壳；3、Y型轨道；4、金属板；5、返回轨道；6、金属球；7、红外光电开关；8、储球管；9、减速电机；10、底座；11、计数器；12、支撑板；13、第一支柱；14、第二支柱；15、导管；16、外壳；17、活动块；18、顶杆；19、球入口；20、球出口；21、导电片；22、顶杆通道；
23、滑轨；24、Z型连杆；25、圆孔；26、支座。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步地解释和说明，需要注意的是，本具体实施例不用于限定本专利技术的权利范围。
[0030]如图1至图6所示，本具体实施例提供的静电学实验装置包括底座10、金属壳2、顶升机构、储球管8、第一支柱13、金属板4、第二支柱14、支撑板12、Y型轨道3、返回轨道5、红外光电开关7、计数器11和测电器1。
[0031]所述金属壳2为球状，其顶部和底部分别设有相互联通的开口，顶部开口直径大于底部开口直径5～10mm。
[0032]将两金属壳2分别安装在支撑板12上，金属壳2之间间距5～10cm，两者不可相互接触，且金属壳2的内表面和外表面保持清洁和抛光。支撑板12底部两端分别通过第一支柱13安装在底座10一侧，顶升机构安装在底座10另一侧。
[0033]所述顶升机构包括外壳16、活动块17、顶杆18、Z型连杆24和减速电机9，外壳16顶部设有两端分别球入口19和球出口20，活动块17本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.静电学实验装置，其特征在于，包括底座、金属壳、顶升机构、储球管、第一支柱、金属板、第二支柱、支撑板和Y型轨道，两金属壳均为中空结构，且分别安装在支撑板上，支撑板上设有与金属壳连通的通孔，支撑板两端分别通过第一支柱安装在底座一侧，顶升机构安装在底座另一侧，两储球管内分别装有金属球，并安装在顶升机构上，两金属壳分别连接Y型轨道分叉端，Y型轨道重合端连接两储球管顶部，两金属板分别设在Y型轨道两侧，且分别通过第二支柱对称安装在底座上，两金属板分别通过导线连接电源，Y型轨道重合一端中部设有导电片，底座、第一支柱、第二支柱、支撑板、储球管和Y型轨道均为绝缘材料制成。2.根据权利要求1所述的静电学实验装置，其特征在于，还包括返回轨道、红外光电开关、计数器和测电器，两返回轨道一端分别连接通孔，所述顶升机构包括外壳、活动块、顶杆、Z型连杆和减速电机，外壳顶部设有两端分别设有球入口和球出口，两返回轨道另一端分别连接球入口，两球出口分别连接储球管，活动块活动穿入外壳，外壳两侧分别设有圆孔，活动块顶部两侧分别设有顶杆通道，活动块两侧分别对称设有与顶杆通道联通的滑轨，两Z型连杆另一端依次活动穿过圆孔和滑轨分别连接顶杆，另一端分别连接减速电机输出轴或支座，两顶杆分别活动设在顶杆通道内，所述红外光电开关安装在Y型轨道与储球管连接处，计数器连接红外光电开关，测电器连接金...
【专利技术属性】
技术研发人员：李耀俊，杨杰，
申请(专利权)人：广西民族大学，
类型：发明
国别省市：
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