專利名稱：一種分子間相互作用力的實(shí)驗教具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物理實(shí)驗儀器，尤其是一種用于驗證分子間相互作用力的實(shí) 驗教具。
背景技術(shù)：
人教版全日制普通高級中學(xué)教科書(必修加選修)物理第二冊，在講述分子間作 用力時，列舉了 “把兩塊純凈的鉛壓緊，把兩塊光學(xué)玻璃表面處理好后壓緊，說明了分子間 引力的存在；而壓縮物體時，物體內(nèi)部要產(chǎn)生反抗壓縮的彈力，說明了分子間斥力的存在”。 但在闡述分子間作用力和分子間距離的關(guān)系時，教材用“研究表明”這樣一術(shù)語，顯得不形 象，并沒有通過直觀的實(shí)驗教具來說明分子間作用力和分子間距離的關(guān)系，而只是給出了 定性的結(jié)論，因此學(xué)生只能死記硬背，影響接受效果。同時在此一塊跟學(xué)生講明彈力和摩擦 力的本質(zhì)，顯得機(jī)會難得，可以讓同學(xué)們對分子間作用力與彈力和摩擦力的關(guān)系理解更加 透徹。因此為了培養(yǎng)學(xué)生的探究興趣，增加課堂效果，讓學(xué)生們知識形象化和系統(tǒng)化，可用 實(shí)驗來說明物理結(jié)論。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種分子間相互作用力的實(shí)驗教具，該實(shí)驗 教具能形象的演示說明分子間作用力的存在以及分子間作用力與分子間距離的關(guān)系。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是其結(jié)構(gòu)中包括真空泵，真 空泵連接有真空罩，真空罩內(nèi)放置有實(shí)驗支架，實(shí)驗支架上固定有水平載物臺與掛桿，水平 載物臺上水平放置有平板玻璃，平板玻璃下面借助第三水膜附著層、第四水膜附著層及大 氣作用吸壓有實(shí)驗用物塊，掛桿上沿豎直方向掛有平板玻璃，平板玻璃側(cè)面借助第一水膜 附著層、第二水膜附著層及大氣作用同樣吸壓有實(shí)驗用物塊，實(shí)驗用物塊由圓柱形槽碼粘 連玻璃片組成。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于通過設(shè)置的該實(shí)驗教具的演示并通過 對物塊的受力分析，直觀的說明了分子力的存在，以及分子間作用力與分子間距離的關(guān)系， 并通過理論分析說明了彈力和摩擦力的本質(zhì)，這樣直觀的演示可以使學(xué)生們對分子間作用 力的相關(guān)知識有更加深刻的認(rèn)識。

圖1是本實(shí)驗教具放置于空氣中的示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)驗教具的示意圖；圖3是在空氣中B呈水平方向的受力分析圖；圖4是在空氣中B呈豎直方向的受力分析圖；圖5是在真空中B呈水平方向的受力分析圖；圖6是在真空中B呈豎直方向的受力分析圖；[0012]圖7是分子間作用力與分子間距離的關(guān)系示意圖；其中，1、實(shí)驗用的支架；(2-1、2-2)為平板玻璃；(3-1、3_2)為玻璃片；(4-1、4-2) 為圓柱形槽碼；5、真空罩；6、真空泵；7、掛桿；8、水平載物臺；9-11、第一水膜附著層，9-12、 第二水膜附著層，9-21、第三水膜附著層，9-22、第四水膜附著層。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參見附圖2，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中包括有真空泵6，真空泵6連接有真空罩5，真空罩 5內(nèi)放置有實(shí)驗支架1，實(shí)驗支架1上固定有水平載物臺8與掛桿7，水平載物臺8上水平 放置有平板玻璃2-1，平板玻璃2-1下面通過第三水膜附著層9-21與第四水膜附著層9-22 以及大氣壓的作用吸壓有實(shí)驗用物塊，掛桿7上沿豎直方向也掛有平板玻璃2-2，平板玻璃 2-2側(cè)面通過第一水膜附著層9-11與第二水膜附著層9-12以及大氣壓的作用同樣吸壓有 實(shí)驗用物塊，該實(shí)驗用物塊由圓柱形槽碼4-1、4-2分別粘連玻璃片3-1、3-2組成，此處玻璃 片優(yōu)選為圓形玻璃片，上述水膜附著層形成于圓形玻璃片與平板玻璃之間，其依靠氣壓的 作用和水對玻璃的浸潤所形成的兩個附著層之間分子力的作用將兩玻璃片吸壓在一起，其 通過擠壓出兩玻璃片之間的水形成，以排除兩玻璃片之間的空氣，滿足水分子不流動。本實(shí) 驗教具中用到兩個相同的平板玻璃2-1與2-2，兩組相同的實(shí)驗用物塊。實(shí)驗時先將本實(shí)驗 教具放置于空氣中進(jìn)行實(shí)驗，然后再放置于真空罩中進(jìn)行實(shí)驗，然后進(jìn)行受力分析。本實(shí)驗中圓柱形槽碼的直徑為50mm，質(zhì)量為200g，實(shí)驗時用502膠粘一直徑為 50mm的圓形玻璃片，該圓形玻璃片厚度為5mm，質(zhì)量為20g，組成一個實(shí)驗用物塊，所用平板 玻璃片(100mmX70mm)厚度為5mm，并在其一端鉆一小孔，在本實(shí)驗中真空泵為直聯(lián)高速 旋片式真空泵2XZ-1型(單項，有防回油功能，JY02011)，真空罩又名抽氣盤附罩，選用直徑 不小于180mm(JY02016)，所用的真空罩與真空泵也可選用市面上銷售的，滿足實(shí)驗要求即 可。在操作過程中在平板玻璃的其中一表面上蘸一點(diǎn)水，然后讓實(shí)驗用物塊上的圓形 玻璃片貼附在此水膜上拉動，以使兩附著層間的空氣被排出，待明顯感覺到摩擦力增大時， 再用力擠壓兩物體，以達(dá)到兩水膜附著層之間分子距離能產(chǎn)生更明顯的分子力，水分子不 流動，并放、掛于支架上。下面對其進(jìn)行受力分析，以證明分子力的存在，以及彈力和摩擦力的本質(zhì)，并通過 抽真空過程及理論分析研究分子間作用力與分子距離的關(guān)系。在下述分析中用A代表實(shí)驗 用物塊，B代表平板玻璃，G代表物塊重力，P代表大氣壓力，S代表物塊的受力面積，F(xiàn)代表 分子力，F(xiàn)ltl代表分子斥力，F(xiàn)11代表分子引力，r為分子間距離。1、在空氣中實(shí)驗參見附圖1，將本實(shí)用新型的真空罩移走。參見附圖3，其為B呈水平方向的受力分析圖，本身重力G，大氣壓力PS，分子斥力 F (F = PS-G)，表現(xiàn)為彈力，共三個力作用。參見附圖4，其為B呈豎直方向的受力分析圖，本身重力G，豎直方向上的分子引力 Fl，表現(xiàn)為摩擦力，大氣壓力PS，水分子斥力F2，表現(xiàn)為彈力，共四個力作用。2、在真空罩中實(shí)驗[0024]參見附圖2，抽真空時啟動真空泵的抽氣開關(guān)，待幾乎感覺不到有氣體吐出時停止，時間大約2分鐘。參見附圖5，其為B呈水平方向的受力分析圖，本身重力G，分子引力F，表現(xiàn)為彈 力，共兩個力作用。參見附圖6，其為B呈豎直方向的受力分析圖，本身重力G，豎直方向上的分子引力 F1，表現(xiàn)為摩擦力，水分子引力F2，表現(xiàn)為彈力，水分子間斥力F3，表現(xiàn)為彈力，共四個力作用。從上述分析中可以看出，分子間存在作用力，作用力可以為斥力也可以為引力，并 且彈力和摩擦力其實(shí)為分子力。下面通過理論分析研究分子力與分子間距離的關(guān)系從空氣中到真空中，A受重力G始終不變，但隨著連續(xù)抽氣，PS在連續(xù)減小，而物 塊A始終處于平衡，這樣就導(dǎo)致表現(xiàn)為分子斥力的F連續(xù)減小。當(dāng)氣壓減至與重力平衡時， PS-G = O,原表現(xiàn)為斥力的F不存在，此時分子間引力和斥力平衡。繼續(xù)抽氣，導(dǎo)致PS <G， 要維持平衡，分子間作用力由原來的表現(xiàn)為斥力變?yōu)橐?，方向與G相反。若抽氣質(zhì)量能理 想為真空，則PS = 0，此時表現(xiàn)為分子引力的F與G平衡，故F = 220g力，稱為彈力。由于PS是向上托物塊A的力，它在連續(xù)減小時，一方面導(dǎo)致表現(xiàn)為分子斥力的F 連續(xù)減小，另一方面使兩附著層分子間距離連續(xù)變大(因為當(dāng)向上托物塊的力減小時，物 塊有向下運(yùn)動的趨勢，但是物塊保持平衡，所以微觀分析表現(xiàn)為分子間距離變大)，中間又 經(jīng)過了由表現(xiàn)為分子斥力變?yōu)榉肿右Φ倪^程。這樣，必定存在分子引力與分子斥力平衡 的狀態(tài)，既不表現(xiàn)分子引力也不表現(xiàn)分子斥力，此狀態(tài)定義分子間距為IV則表現(xiàn)為斥力 時，r < r0 ；引力斥力平衡時，r = r0 ；表現(xiàn)為引力時，r > r。。實(shí)驗還證明兩附著層分子間距離r < r0時，由于分子間表現(xiàn)為斥力，雖然引力和 斥力都隨著距離的減小而增大，故只能是斥力增大的更快；兩附著層分子間距離r > Γ0時， 由于分子間表現(xiàn)為引力，雖然引力和斥力都隨著距離的增大而減小，故只能是斥力減小的 更快。本實(shí)驗有一過程，r是從開始增加的，表現(xiàn)為分子引力的F從零開始增加到 G (220g力)。這一現(xiàn)象值得注意r0的數(shù)量級是1Ο—10m、，只有在r與r0相差甚微時，表現(xiàn)為 分子引力的值可隨r的增大而增加。當(dāng)分子間距離大于10_9m時，分子引力和分子斥力幾乎 都為零，可以忽略不計，就更談不上有明顯的分子引力表現(xiàn)了。所以，表現(xiàn)為分子引力而隨 r變化的曲線在r0附近具備峰值。通過理論分析，分子間作用力與分子間距離的關(guān)系參見附圖7。對所公開的實(shí)施方式的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用 新型。對這種實(shí)施方式的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中 所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí) 現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的 原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求一種分子間相互作用力的實(shí)驗教具，其特征在于結(jié)構(gòu)中包括有真空泵(6)，真空泵(6)連接有真空罩(5)，真空罩(5)內(nèi)放置有實(shí)驗支架(1)，實(shí)驗支架(1)上固定有水平載物臺(8)與掛桿(7)，水平載物臺(8)上水平放置有平板玻璃(2 1)，平板玻璃(2 1)下面借助第三水膜附著層(9 21)、第四水膜附著層(9 22)及大氣作用吸壓有實(shí)驗用物塊，掛桿(7)上沿豎直方向掛有平板玻璃(2 2)，平板玻璃(2 2)側(cè)面借助第一水膜附著層(9 11)、第二水膜附著層(9 12)及大氣作用吸壓有實(shí)驗用物塊，實(shí)驗用物塊由圓柱形槽碼(4 1、4 2)粘連玻璃片(3 1、3 2)組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分子間相互作用力的實(shí)驗教具，其結(jié)構(gòu)中包括有真空泵，真空泵連接有真空罩，真空罩內(nèi)放置有實(shí)驗支架，實(shí)驗支架上固定有水平載物臺與掛桿，水平載物臺上水平放置有平板玻璃，平板玻璃下面通過兩個水膜附著層及大氣作用吸壓有實(shí)驗用物塊，掛桿上沿豎直方向掛有平板玻璃，平板玻璃側(cè)面通過兩個水膜附著層及大氣作用也吸壓有實(shí)驗用物塊，實(shí)驗用物塊由圓柱形槽碼粘連圓形玻璃片組成。該實(shí)驗教具能形象的演示說明分子間作用力的存在、彈力與摩擦力的本質(zhì)以及分子間作用力和分子間距離的關(guān)系。
文檔編號G09B23/12GK201773513SQ20102004614
公開日2011年3月23日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者張順信 申請人:張順信