高中物理演示实验-第一章静电场

.PAGE.高中物理演示实验准备与设计高二第一章静电场1.1电荷及其守恒定律①摩擦起电编号名称名称23001玻棒丝绸23003胶棒毛皮J2320正负电荷检验器玻棒带正电胶棒带负电将它们洗净、晒干,用塑料袋包装好,备用。正负电荷检验器可以检验摩擦起电的电荷〔它可测出电解电容的正负极。需5号电池2对。<1>玻璃棒与绸布摩擦,玻璃棒与正负电荷检验器的探头接触,红灯亮,说明玻璃棒带正电。<2>胶棒与毛皮摩擦,胶棒与探头接触,绿灯亮,说明胶棒带负电。在使用前应先将探头擦净,让仪器尽量远离带电体。由于探头为金属球,且不带电,当带电体接近探头时,探头的球端就有与带电体相反的电荷,另一端则有与带体相同的电荷。因此,实验时,先用胶棒与毛皮摩擦,胶棒靠近但不与探头接触,此时绿灯亮,说明探头的另一端为负电荷,与胶棒相同；接触后也是绿灯亮。感应起电机②静电感应感应起电机编号名称数量23008感应起电机123002验电器连接杆123009枕形导体123041球形导体123043移电球<验电球>123005箔片验电器123007指针验电器1枕形导体球形导体验电球指针验电器箔片验电器枕形导体球形导体验电球指针验电器箔片验电器静电计又叫指针式验电器,是测量导体间电势差的。测量时,将两导体分别与静电计的金属棒及外壳相连,棒与外壳之间出现电场。指针表面的受到电场力的作用,指针发生偏转。验电器的外壳不一定是金属的,但静电计的外壳必须是金属的,金属外壳对外电场有一定的屏蔽作用。中心杆A、圆形金属外壳B静电计的第一类用途：作验电器用〔外壳B接地与不接地都可以由于B的屏蔽作用,使A的下部较少受外界电场的影响。而A的上端a露在B之外,所以,外电场能由A的上端施加感应。当带电体移近不带电的静电计时,由于静电感应,A的上部a处出现与带电体异号的电荷,而A的下端c和d处出现与a等量的、与带电体同号的电荷。于是指针就张开了。带电体所带电量越多、移得越近,则张角越大。当带电体移去时,指针又回到原位。我们可以用这种感应法检验物体是否带电、带电多少及演示静电感应现象。静电计的第二类用途：作电势差计用〔外壳B接地接地构成静电计的A和B,是两个互相接近又彼此绝缘的导体。A和B组成一个电容器,A和B各是电容器的一个极。用WQ—5A型万用电桥测得一般静电计的电容C0为9—11pF。A所带电量q和A、B间电势差U之间的关系是q=C*UU大则q大,静电计的指针张角α也就大。所以,α的大小反映出U的大小。这就是静电计用来测量电势差的道理。因为静电计常用来测量电势差,所以又叫电势差计。静电感应静电感应火花放电尖端放电电容器<其上的莱顿瓶>的电容量的变化静电感应起电机：其本身可以做以下实验：导体表面的电荷分布导体表面的电荷分布静电场的电力线尖端放电真空管的放电。配合其它仪器可以进行以下实验：注意：感应起电机使用时,表面必须清洁、干燥,否则很难起电。可日晒或用干布擦拭。感应起电机如图所示,使用感应起电机前,必须先进行目测各部件是否完好,紧固件是否松动,如发现故障要待排除后才能使用。主要部分有：①前后绝缘转盘：盘上贴有许多导电铝箔片,工作时前盘沿顺时针方向转动,后盘沿逆时针方向转动<相对于操作者而言>。②导电刷：连接在固定于转轴的电刷杆的两端,分别与前后盘软性接触,两杆互成90°且与水平线的夹角为45°。圆盘转动时,电刷依次将中心对称的两张箔片接通。③集电梳：呈针状,位于圆盘水平直径左右两端,其尖端与盘面相对。④菜顿瓶：实际上就是两只电容器,其内壁电极分别与左右电梳相连,外壁电极通过底板上的导电连杆彼此相通。⑤放电杆与放电球：与电梳和菜顿瓶的内壁电极相连。使用感应起电机须知：①摇转起电机时,必须顺时针方向摇,如果逆转将不能起电。②摇转起电机时,速度要由慢至快,转速不可太高,否则会影响电刷和箔片的接触,反而不能起电。③转动圆盘后,须注意放电球的极性,略微分开两个放电球,慢慢转动手柄,则带负电的放电球上出现微弱的紫色光,带正电的放电球上出现分叉的小火花。④如果用起电机使其它静电器带电,可以用导线金属夹或验电器电杆把静电仪器和放电杆连接起来。⑤调节放电球的距离时,只能操作绝缘柄。停止起电实验时,应先将放电杆直接接触,放电后才能触摸各种部件。⑥每次起电前须对起电机做好清洁干燥处理,否则,可能影响起电效果起电机带电后〔包括刚停止摇动时,集电杆等处会集结电荷,这时人体各部分如不慎触及,就会产生电击的强烈刺激。但是,起电机所带的电虽电压很高〔约几万伏,但其电流却极小,一般仅几个微安,对人体无多大危害。起电机使用完毕应罩上防尘的塑料袋,并存放在干燥的橱内。1.2库仑定律①探究影响电荷间相互作用力的因素23008感应起电机123050电荷间作用力演示器1注：〔1用范氏起电机或感应起电机的两个电极分别接到导体球和两轻质导电球上。〔2改变距离,观察现象。〔3用完后做好防尘保护。②验证库仑定律23052库仑定律演示器123008感应起电机1库仑扭秤实验之前,必须用洁净、干燥的软布小心地擦拭大筒体内外壁和平衡组件的灰尘和脏物。本产品必须在干燥的空气中使用,否则实验效果不佳。用玻棒与绸布〔或胶棒与毛皮摩擦起电,或用感应起电机起电。1.3模拟电场线04012高压发生器123053电场线演示器1高压发生器能产生5kV、10kV、20kV、50kV四档脉冲高压电,除用来演示高压火花放电外,还可作为电谐振演示器、电火花描迹仪、各种气体放电管等仪器需要的脉冲高压电源,还能供给400V直流电压,作为威尔逊云雾室的直流电源供给。使用前应仔细阅读《高压发生器》使用说明书。仪器开机前,高压开关处于"关"位置。一般应先接好线路后再开电源开关。将放电火花间隙调到10mm以上,高压选择开关选"5kV"档,按下高压开关。高压发生器用于火花放电演示时,火花放电间隙如下表：高压选择5kV10kV20kV50kV火花放电间隙1mm2-3mm4-6mm7-10mm注意安全！模拟电场演示器1

一、概述：

本仪器是用来模拟演示点电荷形成的电场,它是在真空泡中充入少量隋性气体,在高压产生辉光放电气流,这些气流流入玻璃内壁,类似点电荷的电场线,当用手接触处玻璃外壁时,向手处被静电感应,电离气流就被手所吸引,形成一条光线,说明手被电场感应。

二、使用方法

1、把该仪器接入220伏交流电路,这时就看到模拟电场的玻璃中心发出光线,中心球相当于点电荷,发生的光线相当于电场线。

2、用手接触玻璃球外壳,就会看到所有光线集中射向手触处,说明手被静电所感应,使电场线重新分布。

三、注意事项

1、本仪器使用是也不可开动音乐开关,以影响学生精力。

2、把仪器置于干燥、阴凉处,不要重压碰撞。1.4等势线的描绘23053等势线的描绘实验器123054电势演示板104003高中学生电源115010灵敏电流计1注意：灵敏电流计要接G1接线柱,以保护表头。1.7静电现象的应用①研究静电平衡时导体内部的电荷23008感应起电机123002验电器连接杆123009枕形导体123041球形导体123043移电球<验电球>123005箔片验电器2法拉第圆筒123046尖形布电器123044验电羽123045验电幡1尖形布电器用途：1.演示在电荷平衡时,导体上电荷只分在外表面；〔使电体带电,用验电球和指针验电器检验2.曲率相同的外表面,电荷分布均匀；3.同一导体的外表面,曲率越大,电荷越多,曲率越小,电荷越少。实验前须将仪器用绸或干燥的细布探试干净,不得有灰尘和脏物。演示研究空腔内表面的电荷〔很难成功使B、C带电,A不带电。②尖端放电23008感应起电机104012高压发生器1使用高压发生器时注意安全。③静电屏蔽23008感应起电机123005箔片验电器123049金属网罩1[演示]静电屏蔽金属网罩组成：金属网罩、绝缘底盘、连接器〔金属杆,上端有金属球,下端有金属链条。金属网罩用途：演示静电平衡时,,导体内部的电场强度为零,从而说明静电平衡原理。金属网罩用法：在金属底盘上放一个箔片验电器,再罩上金属网罩,使连接器的金属链条和验电器上的小球接触；网罩外面也放一只验电器,用导线把它的金属杆和连接器上的金属球连接起来。网罩外也放一个验电器,用导线把它的金属杆和网罩连接器上的金属球连接起来。用感应起电机使金属网罩带电,就会看到,网罩外验电器的箔片张开,而网罩内验电器的箔片不张开。说明电荷分布在金属网罩外层。也可用验电羽做实验。A使带电金属球靠近验电器,但不接触B用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球靠近验电器,观察现象。在金属网罩的内表面与外表面各贴箔片,与感应起电机相连,使金属网罩带电。可以看到罩外壁的箔片都张开了,而罩内壁的箔片依然下垂。经过比较,也可净电荷分布在导体的外表面。1.8电容器①电容器充放电现象A实验仪器干电池2电池盒123033单刀双掷开关1电解电容器115017演示微电流电阻表1导线B自制装置自制电容器充放电现象1电池2所需仪器、元件集成在一起,实验非常方便。做一做用传感器观察电容器的放电过程计算机1电流传感器1电解电容器、电阻、电池等观察电容器的I-t放电图像。②常用电容器示教板23058常用电容器示教板104003学生电源3-12V115009直流电压表0-15V1当开关拔到"放",可看到发光二极管亮,直流电压表指针偏转到最大后慢慢回到0位置。可用于演示电容器充放电现象。③平行板电容器的电容23056平行板电容器123007指针验电器123008感应起电机1[演示]研究影响平行板电容器电容大小的因素先给静电计充电,静电计的指针将会偏转一个角度。1.手持另一金属板的绝缘柄,将平行板靠近,可以看到静电计指针张开的角度随两板间距离减少而变小,反之,指针偏转角增大。由此可说明平行板电容器的电容量和板间距离有关,距离越小电容量越大。2.在平行板之间插入一绝缘体,指针张开角度变小。3.改变平行板之间的正对面积,正对面积越小,指针张开角度越大。但实验很难成功。1.9带电粒子在电场中的运动电场中带电粒子运动模拟演示器23057电场中带电粒子运动模拟演示器1观察电子束在电场中的偏转24021阴极射线管124053电子束演示器124054热阴极射线管演示器115023示波器1A电子束演示器24053电子束演示器1电子束演示器采用充气型静电偏转阴极射线演示管。当管子各电极加上工作电压后,自阴极射出的具有一定能量的电子束,使管内的惰性气体电离发光,形成细而明亮的光束,显示了电子束的径迹。主要用途：〔1演示加速电子,在没有外来电场或磁场的作用时,沿直线运动。〔2观察电子束在电场力的作用下发生的偏转。〔3观察电子束在磁场中所受的洛仑兹力。〔4说明热电子发射现象。B阴极射线管24021阴极射线管1〔1示静电效应,另需配感应圈、调压变压器、直流高压电流〔输出250-300V。演示阴极射线在电场中发生偏转的现象。学生电源10-12V感应圈调压变压器04012直流高压电流250-300V〔2示直进阴极射线管：演示阴极射线沿直线运动,并能被金属阻挡的现象。另需：04012高压发生器1〔3示磁效应阴极射线管：演示阴极射线在磁场内发生偏转的现象,说明射线是从阴极射出的带电微粒流。04012高压发生器124031蹄形磁铁1〔4示机械效应阴极射线管：圆片电极发射阴极射线,投射到涂有荧光物质的翼轮上时,轮翼受阴极射线照射的一面便发出荧光,并且小翼轮顺着阴极射线运动的方向滚动。这说明阴极射线是一束微粒流,具有一定的动量和能量,并能把它传递给受照射的物体。可观察到叶片在电子束的冲击下不停地转动。C热阴极射线管演示器可演示电子束在电场、磁场中运动轨迹及说明示波管原理,它能演示李萨如图形、正弦波形及电子束的变化轨迹等。D示波器熟悉各控制器的调节。观察正弦波形接合学生信号源,观察李萨如图形。信号源1③范德格拉夫静电加速器23040范式起电机1范氏起电机能产生几万伏特的电势差,可供静电学作高压静电源,完成更多的实验：演示电荷的性质、分布,说明静电感应原理,电力线及尖端放电现象。范德格拉夫起电机原理产生静电高压的装置。又称范德格拉夫加速器,是美国物理学家R.J.范德格拉夫在1931年发明的。结构如图,空心金属圆球A放在绝缘圆柱C上,圆柱内B为由电动机带动上下运动的丝带〔绝缘传送带,金属针尖E与数万伏的直流电源相接,电源另一端接地,由于针尖的放电作用,电荷将不断地被喷送到传送带B上。另一金属针尖F与导体球A的内表面相联。当带电的传送带转动到针尖F附近时,由于静电感应和电晕放电作用,传送带上的电荷转移到针尖F上,进而移至导体球A的外表面,使导体球A带电。随着传送带不断运转,A球上的