大学物理演示实验.docx

内蒙古科技大学 题 目：大学生物理演示实验 姓 名：赵磊 所在学院：矿业与煤炭学 专业班级：矿机2班 学 号：1574214206实验一辉光放电实验目的通过辉光放电球的放电现象演示，说明气体分子被高速运动的离子撞击后会在能级之间跃迁发光，甚至发生电离的物理过程。实验装置玻璃外壳，中心（高压达数万伏）电极，电源线（220V），环形荧光管，底座（内有高压发生器），电源开关，音乐开关。实验操作1将电源线接220V交流电，打开电源开关，可观察辉光放电现象。2用手靠近并触摸外壳，观察辉光放电的变化。3将手指在外壳上缓慢移动，观察辉光放电的变化。4分别用塑料棒（绝缘体）、金属棒（导体）、荧光灯管等不同物体接触外壳，观察辉光放电的现象。实验现象（可用照片、文字、数据、曲线等多种形式说明实验的现象，越详细越好）1.打开电源开关，可观察到如图1所示的现象。（1）中心电极出现明亮的红斑，且红斑的分布会不断地变化。（2）从中心电极发出许多树枝状的白色辉光，靠近中心电极的地方辉光较粗，越靠近球壳，辉光越分散，且树枝状的辉光线条会不断地变化。（3）环形荧光管没有通电也被点亮，发出绿色的荧光。2.用手指接触球壳后，可观察到如图2（a）所示的现象。辉光放电条全部向手指的位置集中，且放电条向上弯曲并不断摆动。3.用手掌覆盖球壳顶部，可观察到如图2（b）所示的现象。放电条集中在一起并垂直向上，放电条几乎不摆动。4.用绝缘体接触球壳，辉光放电观察不到明显的变化。5.用导体（钢尺）接触球壳，有如用手指接触球壳一样，放电条全部向接触点位置集中，且放电条不断摆动。6.用荧光管接触球壳，可观察到如图2（c）所示的现象。荧光管虽没有接任何电源，荧光管也被点亮，并由于内部荧光粉的不同，发出不同颜色的荧光。现象解释和分析1.辉光放电球的球形放电管中充有低压气体，一般选用惰性气体。辉光球中心是一个高频高压电极，通电后，中心电极的电压高达数万伏。通常由于宇宙射线、紫外线等作用，气体中有少量中性分子被电离，以正负离子形式（等离子体状态）存在于气体中。离子在强电场的作用下定向运动，并在运动过程中与其它气体分子碰撞，使其电离而产生新的离子，离子数增加。由于气体比较稀薄，离子运动的平均自由程很长，而且电场又很强，因此离子可获得足够的动能去激发或电离其它中性分子，形成更多的新离子。离子、电子和分子间碰撞时，会引起原子中电子的能级跃迁而激发出辉光，称为“辉光放电”。2.当有人用手指接触球壳时，辉光放电电弧会向手指触摸处集中，象被手指吸引过来一样，而其它地方几乎没有辉光，这是人体感应的结果。辉光球中间是高频高压电极，另一个电极可看作位于无穷远的空间，中心电极周围的电场分布具有球对称性，故没有手接触时放电是对称的。当人触摸球壳时，人体相当于一个与大地相通的导体，球内电极与手之间的电容比其它方向大一些，致使阻抗比其它方向小，于是在该区域内形成较强的放电通道，因此辉光就集中到手指接触的方向来。3.在高频电场作用下，电场方向不断变化，原子核（带正电）和外层电子（带负电）受到的力也随着变化，且球壳内的气体由于温度的差别不断流动，故观察到的辉光放电条会不断地摆动。但由于热气体都向上升，之后沿着球壳内壁向下对流，所以用手从侧面接触球壳时，放电条不断摆动；但接触球壳顶部的时候，放电条几乎不摆动。4.荧光管是通过内部的汞蒸汽电离后轰击荧光粉而发光的，虽然荧光管没有通电，内部没有离子，但当荧光管接触放电球外壳时，放电球中的高能粒子会穿透球壳和荧光管的外壁，直接轰击管内涂覆的荧光粉，使荧光粉被激发而发光。5.在地球南北极附近时常出现的绚丽的“极光”就是辉光放电的结果，宇宙射线使空气电离后，离子在地球磁场作用下集中向地球两极高速运动，激发两极高空稀薄的空气，从而产生“极光”。实验二 锥体上滚【实验目的】：1通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。2说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。【实验仪器】：锥体上滚演示仪【实验原理】：能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。实验现象仍然符合能量最低原理。【实验步骤】：1将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不