巧用天平演示库仑定律

马利明 鲁鹏飞

库仑定律演示实验常用库仑扭秤来完成。但扭秤装置一般学校配置非常有限。因此巧妙利用常见实验设备和材料设计制作演示仪来突破教学难点显得很有意义。下面具体介绍用天平和有机玻璃制作演示仪来演示库仑定律。

1仪器特点

该仪器由演示天平改装而成，能定量地演示两带电小球间的库仑力大小；操作简单方便，实验误差小，测量数据准确度高。

2制作材料

物理天平1架，乒乓球3个(表面涂上金属漆)，有机玻璃3片(两片40cm×2cm，一片60cm×5cm)，一小段有机玻璃棒，夹子两个。

3制作方法

先拆去物理天平的两个砝码盘，再拆去左端平衡螺杆，保留右端平衡螺杆，在右端平衡螺杆下面装上“平衡块”(有一定重量的夹子充当，容易调平衡)。见图1。

①在两片40cm×2cm有机玻璃的一端用胶水各粘上一个乒乓球，一片用胶水粘到横梁的左端，另一片用冲击钻在其一端打上间距为2cm的两个小孔。以便固定在中央立柱的有机玻璃片上；②在天平的中央立柱上固定60cm×5cm有机玻璃片，在中央立柱的有机玻璃片上也用冲击钻打上攒向间距为2cm的若干小孔。纵向间距为5cm，且最靠近横梁的两个小孔连线与横梁平行(这样乒乓球球心间距使容易控制)；③把第三个乒乓球与一根有机玻璃棒粘接，把它作为分电球。

4实验流程

4.1验证库仑力大小与两个带电球的电量乘积成正比

4.1.1把游码拨到零处，抬起横梁，调节天平平衡(移动夹子)，放下横梁。

4.1.2把打上小孔的有机玻璃片固定在中央立柱的有机玻璃片上(可用一小段折弯的硬铁丝固定)，这样两个小球间距为5cm，用感应起电器使两个小球带上同种电荷。

4.1.3抬起横梁，拨动游码，使天平平衡，读出两个带电球间的库仑力大小，并作上标记。

4.1.4放下横梁，用不带电的完全相同的分电球去接触一下其中一个带电球，使它失去一半电量，再抬起横梁。拨动游码，使天平重新平衡，再读出两个带电球间的库仑力大小，并作好标记。

可看出：两个带电球的电量的乘积减半，则两个带电球间的库仑力也减半，即两个带电球间的库仑力大小与两个带电球的电量乘积成正比。(可重复同样方法改变带电球的电量多做几次实验)

4.2验证库仑力大小与两个带电球的间距平方成反比

4.2.1抬起横梁，用手触碰两带电球，使其放完电。重新调节平衡。

4.2.2放下横梁，再次用感应的方法，使两个小球带上同种电荷。抬起横梁，测出两个带电球间的库仑力大小。并作好标记。10cm。抬起横梁，测出两个带电球间的库仑力大小，并作好标记。(注意：此时不能触碰任何一个带电球，以防漏电)

可看出：两个带电球间的距离增加一倍，两个带电球间的库仑力减小到原来的1／4，即两个带电球间的库仑力大小与两个带电球的间距平方成反比。(可重复同样方法改变带电球的间距多做几次实验)

5实验要求

实验环境应尽量干燥(可采用烘灯烘照或把整个装置放入一个透明有机玻璃做成的烘箱内)。