[发明专利]一种用于物理实验课堂演示的静电悬浮陀螺仪

说明书

一种用于物理实验课堂演示的静电悬浮陀螺仪，属于中学物理课堂实验仪器设计领域。由陀螺发射器和静电悬浮台两部分组成。该仪器解决了目前静电现象教学存在实验效果单一、实验率低、难以引起学生学习兴趣等问题。本发明特别之处在于借助静电力的作用，通过摩擦起电的方式将轻质绝缘材料制成的陀螺悬浮在带同样静电的悬浮台上空。成功演示同种电荷间的斥力作用，和摩擦起电现象，以及转动惯量对于物体稳定性的作用。也能定性的说明静电力作用与电荷间距离的关系。本发明结构简单，操作容易，实验现象趣味性强，课堂演示吸引力足，可以引起学生强烈的求知欲和好奇心。

技术领域

本发明属于中学物理课堂实验仪器设计领域，具体涉及一种应用在物理课堂上演示静电作用实验的物理教学装置。

背景技术

静电现象早在古希腊时代就被发现了，米利都学院派的泰勒斯发现被皮毛摩擦过的琥珀可以吸引轻小的物体，但他认为这是因为琥珀被磁化了，认为这是一种磁现象。真正让电学进入科学研究视野的是科学革命时期的吉尔伯特，他在 1600 年的《论磁》中提出了琥珀吸引小物体是电现象，这不同于磁现象，并仿造希腊文中琥珀（elektron）一词创造了“电”这个拉丁词（electricus）。直接用毛皮摩擦琥珀来生电显然效率低下，直到“起电器”的发展，才带动了电学研究的逐渐成熟。最早在 1663 年，格里克设计了一种硫磺球起电器。其实就是把硫磺做成球体，可以用手摩擦然后用手柄抓握，吸附轻小物体。1705 年，豪克斯比受到启发，改善了设计，用中空的玻璃球或玻璃圆筒替代了硫磺球，通过摇动一个大轮盘来提供摩擦力，生成的电荷被储存在玻璃球或玻璃管中。1745 年，在荷兰的莱顿市诞生了最早的“电容器”，这就是所谓的莱顿瓶，与旋转球起电器结合，可以更大量、更持久地储存由旋转球起电器产生的静电。美国科学家富兰克林利用起电机和莱顿瓶等做了大量实验于1746年提出的正负电荷的概念并规定用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。到此人们对于静电现象给出了较为科学的解释。

在中学物理学科中静电现象的学习是较为重要的知识，充分理解该部分内容是以后学库仑定律、恒定电流等经典电学知识的基础。但是由于静电现象的直观性差，传统的授课方法缺乏有效的启发作用，造成了静电现象的学习成为高中物理学习中的一个难点，教师在开始教学前通常会利用简单教具为同学们演示，教师利用辅助教具直观、形象地演示某种科学现象，可以提高同学们的学习兴趣并充分调动积极性，是一种非常有效的教学手段。尤其是在理科教学中，通过演示某些有趣的现象，引发同学们提出疑问进而开动大脑进行思考是非常值得倡导的教学方式。中学生学习的静电学知识正是从富兰克林提出的正负电荷开始，中学阶段关于静电现象的实验也主要就是富兰克林分类正负电荷的摩擦起电实验。用丝绸摩擦玻璃棒，和用毛皮摩擦橡胶棒虽然很好的为学生解释了正负电荷的分类以及同性电荷相互排斥异性电荷相互吸引的静电力作用。但这样的实验学生在小学就会接触到，实验结果早在学生的心里预期之中，缺乏新颖性，难以引起学生的研究兴趣和学习热情。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于中学物理课堂上演示静电作用实验的物理教学装置。该装置可以是陀螺在静电力的作用下腾空旋转。该发明解决了目前静电现象教学存在实验效果单一、实验率低、难以引起学生学习兴趣等问题。相对于已有的教学仪器或者专利，本发明有结构简单，操作容易，实验效果新颖，吸引力强，成本低易普及等优点。本发明一旦应用会显著提升静电现象的教学效果，提升学生对电学知识的研究兴趣。