大型达拉第笼演示装置的设计与制作

1、项目编号：大学生创新性实验计划项目立项申请书项目名称： 大型法拉第笼演示实验装置的设计与制作 辅导教师： 黎锁平（教授） 褚润通（讲师） 项目负责人（学生）：王文军 参加学生： 郭磊 薛睿 所在单位： 兰州理工大学理学院 申请日期： 2010-9-1 兰州理工大学实验室管理处制项目名 称大型法拉第笼演示实验装置的设计与制作起 止日 期 2010 年 9 月至 2012 年 7 月负责人王文军学 号09510124年 级 二年级专 业应用物理学身份证 别男电 箱wangwenjunlut参加学生姓 名学 号性别身份证号年 级专

2、业王文军09510124年级应用物理学郭磊09510226年级应用物理学薛睿09510131年级应用物理学创新性实验项目的构思、原理及可行性：概述：法拉第笼是一种用于演示等电位，静电屏蔽和高压作业原理的设备，它是由笼体、高压电源、显示器和控制器四部份组成，其笼体与大地连通，高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压电输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体10厘米左右时，发生放电现象，产生电火花，笼体内的体验者可以用手触摸笼壁、接近电火花也不会触电，还会感受到电子风带来的奇妙感觉。 大型

3、法拉第笼演示实验装置因其体积大，价格高（一万元以上），通常只能在一些较大城市的科技馆见到，普通实验室通常采用类似于鸟笼大小的静电屏蔽罩，尽管同样能演示等电位及静电屏蔽现象，但不像大型演示装置（学生可以进入笼中直接感受），感官刺激不够强烈，演示效果显然不及后者。构思：1、 利用角铁、扁铁和金属丝网制作一个高约2米，直径1米的大型穹顶形封闭（侧面开门）圆柱筒作为法拉第笼主体，底部用五个高压电瓶绝缘子支撑，不仅可以演示静电屏蔽原理，还可以演示等电位、高压带电作业原理。2、 用大尺寸数码管制作一个高压电压显示装置，以起到提高高压电压的演示直观性，增强感官刺激，加深实验印象。原理：法拉第笼是用金属网做成

4、的一个封闭的金属笼，其内部场强为零。当在法拉第笼处在高电位时或法拉第笼接地，放电杆对其放电时，法拉第笼带电，但其内部场强为零，所以，站在法拉第笼里面的人是安全的。可行性： 该项目所需实验材料已购，笼体的制作除需要一定的焊接技术外（焊接技术已经在金属工艺实验课中实践锻炼过），其他方面要求不高。高压电压显示装置可先用分压器将高电压转化为低电压来显示，A/D转换及数码管驱动电路目前已有成熟电路可以借鉴。因此，本实验无论从实验原理还是选材都具有很高的可行性。项目中所需设备及硬件设施：1、 实验所需主要材料：角铁、扁铁及金属丝网，高压绝缘子，大尺寸数码管等。2、 设备：电焊机、切割机、高压直流电源（即高

5、压发生器）、电烙铁、万用表等。3、 其他低值易耗材料。项目的创新点和特色：本研究项目主要以为法拉第笼演示实验“增加高压显示器”为创新点，增强实验演示时的视听觉刺激，提高实验效果。在设计创新方面，我们将设计成一个穹顶圆柱体，美观大方，节省空间，为今后的演示实验提供便利。项目主要解决的问题：通过学生创新实验项目的实施，由学生在老师的指导下自制实验仪器，不仅可以锻炼学生创新设计和实际动手能力，还可以填充实验室演示实验装置的空缺，达到一举双得的效果。项目预期成果：该实验研究结果将作为实验室演示实验装置，丰富实验室装置，让同学们更清晰直观地看到实验结果，激发同学们的创新思维。总体安排及进度：1、前期准备：查阅资料，参观考察，确定初步试验方案。12月；2、购买实验材料，加工制作法拉第笼体。2-3月；3、高压电压显示部分的设计与仿真。34月；4、高压电压显示部分的制作与初试。2-3月；5、改进方案，高压显示部分的定型与组装。12月；6、整机的整体安装调试。34月；7、撰写实验报告，12月。经费预算安排：1、各种实验材料费