静电演示仪器与实验
韦氏感应机演示静电现象探究
韦氏感应机演示静电现象探究姜庆荣一、韦氏感应起电机简介韦氏静电感应起电机是起电机的一种仪器。
两片等大、平行、共轴的有机玻璃板——起电盘，外表面贴有导电膜铝箔。
转动手柄时两盘转向相反,两盘上各有一过圆心的固定电刷，两电刷呈90度夹角，各与横梁成45度夹角，针状电梳的两脚跨过两盘，但并不与两盘接触，脚上装有许多尖细铜丝，铜丝尖端指向圆盘上的铝片。
针状电梳由金属杆与莱顿瓶相连。
莱顿瓶在韦氏感应机中作为电容器使用。
其外观如图1和图2。
当顺时针转动手柄时，由于静电感应，莱顿瓶中可以收集到大量电荷，使两放电球间产生高压，击穿空气从而产生放电现象。
二、实验探究1.认真准备实验，实验前检验感应机各部分元件确保实验可以进行，顺时针转动手柄，描述出现的现象，并解释其原理。
逆时针转动手柄时会如何，试对其原因进行阐述。
2.仔细观察韦氏感应起电机，电刷和针状电梳的存在都是为了便于静电感应的产生，那为什么电刷与导电箔片是接触的而针状电梳与导电箔片却是不接触的呢？他们在工作时的作用分别是什么样的？3.试说明韦氏感应机的电路结构，并解释其中莱顿瓶的作用，如果将莱顿瓶拆除，会有怎样的现象？如将两个莱顿瓶串联，又会是怎样的现象？比较现象之间的不同并给出解释。
4.将韦氏感应机的两个放电杆与两面金属板连接，金属板间竖直悬挂一轻金属球，观察实验现象。
5.将一个放电球绕上一根铜丝，使铜丝一头指向另一金属球，并与之保持距离，这时再顺时针摇动手柄，还会有放电现象吗？为什么？图2 6.韦氏感应机不能正常工作的常见原因有哪些？三、现象及解释1.韦氏感应机的基本构造如图3所示，顺时针转动手柄，一段时间后，可以观察到两放电球之间发生放电现象。
韦氏感应起电机利用了感应起电的原理，可连续地积累较多的电荷，从而获得高电压。
大气中的带电粒子与导电膜发生碰撞从而使导电膜带上一定的初始电荷，如图3所示，为观察方便，将前后圆盘画成大小不一样的同心圆，前盘为小圆，后盘为大圆。
模拟法测静电场示范实验报告
模拟法测静电场示范实验报告PAGEPAGE #实验七：模拟法测静电场示范实验报告【实验目的】理解模拟实验法的适用条件。
对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。
加深对电场强度和电势概念的理解。
【实验仪器】YJ-MJ-M型激光描点模拟静电场描绘仪、白纸、夹子【实验原理】直接测量静电场，是非常困难的，因为：静电场是没有电流的，测量静电场中各点的电势需要静电式仪表。
而教学实验室只有磁电式仪表。
任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，所以想利用磁电式电压表直接测定静电场中各点的电势，是不可能的。
任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，会使场源电荷的分布发生变化。
人们在实践中发现：两个物理量之间，只要具有相同的物理模型或相同的数学表达式，就可以用一个物理量去定量或定性地去模拟另一个物理量，这种测量方法称为模拟法。
本实验用果二者有相同的边界条件，则场分布必定相同，故可用稳恒电流场模拟静电场。
1.长直同轴圆柱面电极间的电场分布在真空中有一个半径为ro的长圆柱导体A和一个内半径为Ro的长圆筒导体B，其中心轴重合且均匀带电，设A、B各带等量异种电荷，沿轴线每单位长度上内外柱面各带电荷Y和一心（即电荷线密度），它们在A、B之间形成静电场。
由对称性可知，在垂直于轴线的任一平面S内，电场线沿半径方向呈均匀辐射状分布，其等势面是不同半径的圆柱面。
为了计算A、B间的电场强度，首先我们沿轴线方向取一单位长度、底面半径为r的同轴圆柱体表面为高斯面（包围内柱面A）。
设此高斯面上、下、侧面上的场强分别为E上、E下、E ,则整个高斯面上的电通量为:'■= IiE上*ds上亠IiE下?ds下亠IiE *ds侧=O ■ 0 亠IiE ?ds侧=E *ds 侧=E ds 侧=2 二rE由高斯定理-EdS 可得:σσ2 二rE=，；o即匚2二；o r ，RO dr因为外柱面接地点为零电势点，则在A、B两柱面之间距圆柱中心轴为rRO drRo二r Edr同理可得A柱的电势:RoRor Edrdr2 二；Oro2 二；OInRRoRor Edrdr2 二；Oro2 二；OInRoInRoro两式相除，得相对电势:InRoro2 ?设计模拟的电流场为了仿造一个与上述静电场相似的电流场，我们设计出模拟模型：把圆环形金属电极A和圆环形金属电极B同心地置于一层均匀导电介质上，当给两面电极间加加上规定的电压U 0后，在A、B电极间的导电介质上就会产生一个稳定的电流分布。
静电场模拟实验报告
一、实验目的1. 理解模拟法描绘静电场的原理和方法。
2. 学会使用模拟法描绘静电场的等势线和电场线。
3. 定性分析同轴圆柱面和带电直导线电流场的特点及其应用。
二、实验原理静电场是由静止电荷产生的电场，其特性可用电场强度E和电势U来描述。
在复杂电荷分布的情况下，直接测量静电场较为困难。
模拟法是一种有效的间接测量方法，通过使用模拟电极和导电介质来模拟实际静电场，从而描绘出等势线和电场线。
三、实验仪器与设备1. 静电场描绘仪（西安教学仪器厂生产）2. 万用电表3. 坐标纸4. 模拟电极（两点电荷、同轴柱面、聚焦电极）四、实验步骤1. 搭建实验装置：将静电场描绘仪的电极插入水盘中，确保电极与水面充分接触。
将坐标纸固定在描绘仪的上层支架上。
2. 调节电压：根据实验要求，调节交流电源的输出电压至所需值。
3. 选择模拟电极：根据实验目的选择合适的模拟电极（如两点电荷、同轴柱面、聚焦电极）。
4. 放置模拟电极：将模拟电极放置在水盘中，确保电极与水面充分接触。
5. 测量电势：使用测量探针（P）在水中测量各点的电势。
6. 记录数据：使用记录探针（P'）将P在水中测得的各电势点通过按下指针P在坐标纸上打出印迹，同步地记录在坐标纸上。
7. 绘制等势线和电场线：根据记录的数据，绘制等势线和电场线。
五、实验结果与分析1. 等势线：通过实验，我们成功绘制出了模拟电极周围的等势线。
等势线是电势相等的点的连线，它们相互平行，间距与电势差成正比。
2. 电场线：根据等势线，我们可以绘制出电场线。
电场线是从正电荷指向负电荷的曲线，其方向与电场强度方向一致。
3. 同轴圆柱面和带电直导线电流场：通过改变模拟电极，我们成功模拟了同轴圆柱面和带电直导线电流场。
同轴圆柱面电场的等势线为同心圆，电场线为径向线；带电直导线电流场的等势线为垂直于导线的直线，电场线为从导线向外辐射的直线。
六、实验结论1. 模拟法是一种有效的间接测量静电场的方法，可以用于描绘静电场的等势线和电场线。
高中物理实验静电演示教案
高中物理实验静电演示教案
实验目的：通过此实验，学生将能够观察和了解静电现象，以及探讨静电的产生和作用。
实验材料：
- 塑料棒或橡皮棒
- 羊毛布
- 金属小球
- 丝线
- 塑料板
实验步骤：
1. 将塑料棒或橡皮棒摩擦羊毛布，使其获得负电荷。
2. 将金属小球挂在丝线上，使其静止悬挂。
3. 将塑料板靠近带有负电荷的棒子，观察小球的运动情况。
4. 将塑料板和棒子靠近带有相同电荷的小球，观察小球的运动情况。
5. 将带有正电荷的塑料棒或橡皮棒接近金属小球，观察小球的运动情况。
实验注意事项：
1. 在实验过程中要小心操作，避免受伤和损坏实验器材。
2. 实验结束后要做好实验器材的清洁和归还工作。
3. 学生要遵守实验室规定，听从教师的指导，保持实验室的秩序和安全。
实验结果分析：
根据实验的观察和结果，学生可以得出以下结论：
1. 塑料棒或橡皮棒摩擦羊毛布时会获得负电荷。
2. 带有负电荷的物体会相互排斥，导致金属小球的运动。
3. 带有相同电荷的物体会相互排斥，导致金属小球的运动。
4. 带有正电荷的物体会吸引带有负电荷的金属小球。
通过这个实验，学生将能够直观地观察和理解静电现象的产生和作用，从而加深对静电的认识。
物理演示实验报告静电
一、实验目的1. 理解静电现象的基本原理。
2. 掌握静电实验的基本操作方法。
3. 通过实验加深对静电现象的理解。
二、实验仪器1. 静电感应起电器2. 静电演示仪3. 橡皮棒、塑料棒、玻璃棒、丝绸、羊毛等材料4. 纸张、剪刀、胶带等辅助材料三、实验原理静电现象是由于物体表面电荷的积累而产生的。
当两个物体相互接触或靠近时，由于电荷的转移，物体表面会产生静电。
静电现象在生活中非常常见，如摩擦起电、静电吸附等。
四、实验步骤1. 摩擦起电实验：将橡皮棒和丝绸摩擦，使橡皮棒带负电，丝绸带正电。
用静电感应起电器分别接触橡皮棒和丝绸，观察静电感应现象。
2. 静电演示实验：将静电演示仪中的金属球接地，使金属球不带电。
用摩擦过的塑料棒接触金属球，观察金属球表面电荷的积累和放电现象。
3. 静电吸附实验：将丝绸和塑料棒摩擦，使丝绸带正电，塑料棒带负电。
将摩擦过的丝绸和塑料棒分别靠近小纸屑，观察静电吸附现象。
4. 静电感应实验：将静电感应起电器中的金属球接地，使金属球不带电。
用摩擦过的玻璃棒接触金属球，观察金属球表面电荷的积累和放电现象。
5. 静电植绒实验：将静电植绒材料放置在静电植绒仪中，用静电植绒仪对材料进行植绒处理。
五、实验结果与分析1. 摩擦起电实验：通过摩擦，橡皮棒和丝绸分别带上了相反的电荷。
静电感应起电器能够检测到静电感应现象，说明电荷的转移确实发生了。
2. 静电演示实验：摩擦过的塑料棒接触金属球后，金属球表面电荷积累，产生静电。
放电时，金属球表面的电荷释放，产生静电放电现象。
3. 静电吸附实验：摩擦过的丝绸和塑料棒分别靠近小纸屑时，由于静电吸附现象，纸屑被吸附在丝绸和塑料棒上。
4. 静电感应实验：摩擦过的玻璃棒接触金属球后，金属球表面电荷积累，产生静电。
放电时，金属球表面的电荷释放，产生静电放电现象。
5. 静电植绒实验：静电植绒材料经过静电植绒仪处理后，绒头被粘合剂粘住，形成绒面状外观。
六、实验总结通过本次实验，我们对静电现象有了更深入的了解。
实验室里的静电实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解静电现象的基本原理；2. 掌握静电实验的操作方法和注意事项；3. 通过实验观察静电现象，加深对静电理论的理解。
二、实验原理静电现象是由于物体表面电荷的积累而产生的。
当两个物体接触或摩擦时，电荷会从一个物体转移到另一个物体，使它们带上等量异号的电荷。
带电体之间会相互吸引或排斥，产生静电现象。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：静电计、橡胶棒、丝绸、玻璃棒、棉布、金属箔、导线、绝缘板、铅笔等；2. 实验材料：橡胶棒、丝绸、玻璃棒、棉布、金属箔、导线、绝缘板、铅笔等。
四、实验步骤1. 静电计校准：将静电计置于绝缘板上，调整其零点，确保静电计准确测量电荷。
2. 摩擦起电：用丝绸摩擦橡胶棒，用棉布摩擦玻璃棒，使它们分别带上等量异号的电荷。
3. 观察静电现象：a. 将摩擦过的橡胶棒靠近金属箔，观察金属箔的跳动情况；b. 将摩擦过的玻璃棒靠近金属箔，观察金属箔的跳动情况；c. 将摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别靠近绝缘板，观察绝缘板的反应。
4. 静电感应：将摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别靠近棉布，观察棉布的反应。
5. 静电放电：将摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别接触导线，观察静电放电现象。
6. 实验数据记录：记录实验过程中观察到的现象和静电计的读数。
五、实验结果与分析1. 摩擦起电：摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别带上等量异号的电荷，证明了摩擦起电现象。
2. 静电现象观察：a. 靠近金属箔：摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别靠近金属箔时，金属箔跳动，说明带电体之间存在静电吸引力；b. 靠近绝缘板：摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别靠近绝缘板时，绝缘板反应不明显，说明静电现象在绝缘体上的表现较弱；c. 靠近棉布：摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别靠近棉布时，棉布被吸引，说明静电现象在非导体上的表现较强。
3. 静电感应：摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别靠近棉布时，棉布被吸引，说明静电感应现象的存在。
4. 静电放电：摩擦过的橡胶棒和玻璃棒分别接触导线时，静电放电现象明显，说明静电能量可以通过导线释放。
浅析静电实验的几点疑难
浅析静电实验的几点疑难摘要：论述了静电演示实验中存在的难题，总结了成功实验的因素，并采取措施实现了实验的成功。
关键词：静电;摩擦起电;仪器;环境;绝缘材料静电演示实验是物理教师感受最困难的物理实验之一。
有时，当实验准备就绪时，它就能成功。
一旦上台演示，它就是不管用。
因此，一些教师非常害怕做静电演示实验，尤其是在恶劣的雨天。
影响静电实验成败的因素有很多，如仪器、材料、天气、操作和清洗。
为了讨论这些因素的作用，为了解释每一种实验方法和仪器的结构和原理，我们在具体的实验条件下找不到问题的症结所在，然后采取有效的措施使实验成功。
一、静电仪器结构原理要正确有效地使用仪器，使用者必须对仪器的结构和原理有正确的认识。
目前教科书中的静电仪器主要是验电器。
验电器的结构并不复杂,原理也不难理解，但也有很多人对它缺乏真正的理解。
例如，当怀疑验电器漏电时，往往是将绝缘块置于验电器的基部，使电荷从基部泄漏到地面。
事实上，这样做对防止漏电作用不大。
这是因为验电器可以检查电荷，因为导电棒和可旋转指针是相连的。
当导电棒带电时，指针也会有同样的电荷。
相同类型的电荷相互排斥，以一定的角度偏转指针，从而反映充电情况。
验电器的漏电实际上是导电棒上的电荷漏到验电器的外壳上。
外壳和基座可以接地，将底座和地面绝缘不能防止导电杆的电荷泄漏到外壳中,影响验电器的偏转。
因为在静电平衡中的情况下,导体的电荷只分布在它的外表面。
导电杆和指针以及外壳成为导体,内部的指针和导电杆在整个导体内,将免费获得指针偏转。
在电器底座下面加一个绝缘底座只能是完全无用的。
因此,防止这种示波器漏电的正确方法是尽量保持导电杆与外壳之间的高度绝缘。
二、静电的特点及其所导致的漏电问题静电是相对静止的电荷，通常是指物体表面由于不同物体之间的摩擦而产生的正电荷和负电荷。
当一个物体带有一定数量的正电荷或负电荷时，就可以说是有静电的，这是一个相对的名词。
因为在许多情况下，静电在一段时间内逐渐减少，这段时间的长度与物体的本身的电阻有关。
电磁学实验-静电实验研究实验报告（1）
实验三电磁学实验实验目的：电磁学是中学物理教学中难点最突出部分之一.应用下列实验演示对培养中学教学能力，提高中学生对电磁学物理量的感性认知和促进中学生物理思维的理性飞跃都非常有益.仪器、用具及原理：详见下面各实验内容.实验过程：一、等势线描绘实验演示（一）实验目的：本实验仪器是供高中物理学中，“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的学生实验用.实际测绘静电场的等势线是较困难的，本实验仪器采用稳恒电流场模拟静电场的方法来描绘等势线.用灵敏电流计检测出一组等势点，然后将这些等势点用光滑曲线连接起来，就描绘出了等势线.（二）实验仪器：1.等势线描绘实验器底板（一块）2.圆柱形电极（两只）3.接线柱（一对）4.探针（表棒一对）5.接线叉连线（两根）6.导电纸（标准规格）5张7.复写纸（标准规格）10张8.白纸（标准规格）50张. （三）实验准备：本实验仪器与J0400灵敏电流计和J1202系列学生电源配合使用.1.把实验仪器底板放正，旋下底板上的接线柱冒，并取下电极圈.2.将打好孔的白纸、复写纸、导电纸依次套进接线柱螺杆内，放平.3.将电极圈套入螺杆.4.将接线柱帽旋入螺杆，同时把接线叉嵌入，然后把柱帽旋紧使电极与导电纸接触良好.（图3-1）5.将接线叉另外两个头分别接入J1102学生电流直流稳压6V档.（也可使用干电池组等直流电源3V —6V）6.将两根探针的接线叉接入J0409灵敏电流计（一）接线柱和G1接线柱（注意：不可接入G0柱，以免损坏表头）7.在两电极之间，均匀的在导电纸上取5个小点，作为实验基准点（A、B、……E）图3-1 实验器安装图图3-2 （四）实验步骤：1.实验仪器安装完毕，检查一下是否有接错和松动之处.2.检查无误后，开启J1202电源开关，提示灯发光，表示电路接通. 接线柱螺杆底板1371383. 将一根探针放在基准点A 上，用另一根探针针尖在该点附近找寻与A 等势的点，电流表指针偏转越小，就越接近要找的点，如找到基本一点A 1，指针无偏转，处于0位，就把探针用力扎一下，白纸上便留下了与A 等势的点A 1.4. 用相同的方法可找出A 2A 3……A 8等七个点，这样试取出一条等势线的点.5. 把探针从A 移到B ，参照上述方法找出与B 等势的B 1B 2……B 8.6. 依次类推，共找出五条等势线的点（图3-2）.7. 切断电源，取出白纸，分组把点用光滑曲线连成一条条等势线.8. 按本法画出的等势线是不封闭的要描绘封闭的等势线应在电极附近取基准点（注意：不要将探针直接碰电极，以免损坏表头）.（五）注意事项1．实验前，应仔细阅读说明书，按步骤实验. 2．实验结束，立即断开电源，以免短路.3．电极与导电纸应接触良好，特别注意将接线柱帽旋紧，保证实验质量. 4．用探针测量时，要用探针针尖与导电纸接触.所以最好使探针表杆与纸面垂直. 5．灵敏电流计G1档，可在表棒上串联一只2K 电阻以保护表头. 6．每次实验要更换白纸一张.7．导电纸可多次使用，但不应褶皱、破损.二、电桥演示实验（一）1. J2363型直线电桥，供中学物理学生分组的演示实验用.2. 主要结构条件：电阻丝、刻度尺、滑键、支架.3. 工作条件：环境温度 10～+40℃，相对湿度不大于85%.4. 使用本电桥测电阻阻值误差≤2%.5. 对结构元件的要求：电阻丝有效长度1000mm ，线径为不大于0.3mm 的锰铜丝.电阻丝的一端固定在刻度尺上，另一端有松紧调节装置. 刻度尺，要质地均匀平直，无痕迹，无裂缝，有效刻度1000mm. 滑键，滑块用无色透明塑料制成，能灵活滑动.按键用指针式，位于滑块中间，用厚0.2～0.4mm 锡磷青铜皮制成. 支架，金属制品，梯形结构.6. 检验阻值测量误差≤2%测试方法：用误差不大于0.5%的电阻，灵敏度不低于100μA 的检流计及滑线变阻器连接成如下电路：图中：1L 、2L 为桥臂长度；K 为电键；0R 为已知电阻；R X 为待测电阻；P R 为滑线变阻器； E 为直流电源.根据每次测试中1L 和2L 的读数，按公式x R =（2L /1L ）0R 算出的x R 值（G 表为0），误差应≤2%，测试顺序按表3—1.139表3—1：三、电桥演示实验（二）1. J2364型直线电桥，供中学物理学生分组的演示实验用.2. 主要结构条件：电阻丝、刻度尺、滑键、支架.3. 工作条件：环境温度 10～+40℃，相对湿度不大于85%.4. 使用本电桥测电阻阻值误差≤2%.5. 对结构元件的要求：电阻丝有效长度500mm ，线径为不大于0.3mm 的锰铜丝.电阻丝的一端固定在刻度尺上，另一端有松紧调节装置.刻度尺，要质地均匀平直，无痕迹，无裂缝，有效刻度1000mm.滑键，滑块用无色透明塑料制成，能灵活滑动.按键用指针式，位于滑块中间，用厚0.2～0.4mm 锡磷青铜皮制成.支架，金属制品，梯形结构.6.检验阻值测量误差≤2%测试方法：用误差不大于0.5%的电阻，灵敏度不低于100μA 的检流计及滑线变阻器连接成如下电路：图中：1L 、2L 为桥臂长度；K 为电键；0R 为已知电阻；R X 为待测电阻；P R 为滑线变阻器； E 为直流电源.根据每次测试中1L 和2L 的读数，按公式x R =（2L /1L ）0R 算出的x R 值（G 表为0），误差应≤2%，测试顺序按表3—2.表3—2：四、保险丝作用演示（一）实验目的：保险丝作用演示器是根据教学仪器研究所颁发的《中学理科仪器补充配备目录》的要求而设计制作的.能演示初中物理学有关保险丝的所有实验，还有本仪器还可以作初中电子中演示强度跟电压的关系实验装置（人民教育出版社初中物理第二册P157）.做到一物多用.（二）实验仪器：仪器由主机板和支架组成，如图3-5.主板，可装三根不同的导线，以备实验的需要而选用，所以用的导线为φ0.5mm康铜丝一根，φ0.3mm 康铜丝一根，φ0.5mm铜丝一根.两端按接线仪的导线6根（2长4短）.左侧装三只12V 21W汽车灯泡三只可旋下或装入，以控制线路上电流的大小，三只灯泡是并联的.电源：用教学电源，教学电源中有14V、6A、AC档，只要导线材料及粗细选配恰当，不必自备电源，且14V电源安全，实验没有危险.（三）实验步骤：1．导线都有允许通过的最大电流强度的实验：灯泡两导线接D、F；C、E接教学电源14V，当电灯是一只时，看不出什么现象，当接三只电灯时φ0.3mm 康铜丝发热.如套以塑料、塑料做融化现象，如导线从D改到B，因康铜丝线径粗，只有微微发热，说明导线因材料不同或线径不同都有规定的最大电流强度.2．短路极其危害性用一16股的短铜导线接到D、F点，电流直接接通铜导线，因线路无负载，铜丝起短路的作用，电流大增，致使φ0.3mm康铜丝烧红，甚至引起火灾.3．保险丝的保护作用D、F二点该接一段保险丝（φ0.35mm以下），也是引起了短路，保险丝熔断，对电路起了保护作用.4．保险丝选用原则：用1mm的保险丝接到D、F二点，因0.3mm的康铜丝电阻有3Ω，14V的电压，即使短路最大电流还不到4A而1mm保险丝熔断电流有12A，保险丝不能熔断，保险丝不能起保护作用.（四）注意事项：φ0.3mm康铜丝应距主板远一些，以免主板烧坏.所用电源电压14V，对人身是安全的，但日常生活上，用的是220V的交流电，人身触摸到是很危险的，操作时必须切断电源，告戒同学所谓保险丝，实际上对人身是不保险的，保险丝叫熔断丝更确切.上述实验，可以用教学电源（应有AC、14V、6A档）的开关，有条件的实验室，可以串联接单刀单掷开关.以便操作，但必须告戒同学，用带电220V的电源时，这种开关是不能使用的，否则就有触电的危险.140五、静电实验演示（一）实验目的：１．掌握静电原理，研究静电演示成功关键.２．掌握多功能静电演示仪、韦氏感应起电机及范氏起电机的构造和使用方法.３．掌握配合课文讲解和演示实验相结合，深入浅出的教学方法.（二）实验仪器：多功能静电演示仪（或辅助以静电实验用具箱部分用具、韦氏感应起电机及范氏起电机）（三）实验内容：（有些实验见实验参考图3-6）1.摩擦起电：［原理］两物体摩擦相互会带上不同种电荷.［步骤］（1）丝绸与玻璃棒、毛皮与胶棒摩擦，在静电计或验电器的金属杆上验证玻璃棒和橡胶棒分别带正、负不同种电荷.（2）同一种物体与不同物体摩擦，在静电计或验电器的金属杆上检验它们是否带电和所带电荷种类是否相同以及分别带哪种电荷.（例如：薄纸与有机玻璃、薄纸与塑料棒摩擦）2.感应起电［原理］带电体移近静电计上锌板或验电器金属球时，引起其电荷重新分布.［步骤］（1）利用静电感应使静电计上锌板或验电器顶端的金属球带电.一带电体移近静电计上锌板或验电器顶端的金属球，因感应而使其获得负电，远端箔片上就获得正电.在带电体未移开前，用手指接触一下静电计上锌板或验电器的金属球，使其接地，箔片上的正电荷经人体入地（或者说正电荷被从地上经人体而导入的负电荷所中和），箔片合拢.手移开，箔片仍合拢.再移开带电体，静电计上锌板上或验电器金属球的负电荷重新分布在箔片和球或板上，箔片又张开.感应使静电计或验电器带上了原带电体上相反的电荷.（2）利用静电感应现象使枕形导体带电将两只静电计分别与一对枕形导体的两端连接起来，开始时，枕形导体彼此接触，且不带电.当把一个带电（电量大些）金属球移近时，发现由于静电感应，两只静电计指针都张开到相同的角度.移开带电金属球后，静电计指针又都合拢.若先将两枕形导体分开，然后再移去带电金属球，则两个静电计上的感应电荷就不能中和，仍张开相同角度，此时两只静电计上带异种电荷.（3）起电盘感应起电用一块绸子或毛皮，急剧地摩擦绝缘圆板，摩擦的时间要比用起电棒稍长些，用验电器确定绝缘圆板所带电荷的正负（例如带正电）.然后手持验电器的铝圆板的绝缘杆，将铝圆板尽可能近地靠近绝缘圆板上方，由于静电感应作用，铝圆板靠近绝缘板的一面带负电，向外的一面带正电.用手接触向外的一面，其正电荷被中和.移开手指，再将铝板提起，铝板就带上负电（在验电器上可以显现）.起电盘是用感应起电的方法来取得电荷的一种装置，它比摩擦起电能得到较多的电荷（也可以在验电141器上比较）.3.摩擦起电的两物体分别产生等量异种电荷的演示［原理］两物体摩擦相互会带上不同种电荷.［步骤］（1）用有机玻璃和聚乙烯（或丙烯）塑料制成的两块长方形板，二板相互摩擦，有机玻璃板带正电荷，聚乙烯板带负电荷，分别放入空心球内（或筒内），（空心球联在静电计的上部）则静电计指针都张开一定角度，移出空球时，指针张角变为零，说明各板都带有电荷，且发生了静电感应现象.（2）当把两板（不接触）同时放在空心金属球内，则静电计指针不张开，抽出任一板，指针又张开，说明两板带有等量异种电荷.（注意：两板摩擦后要快速分离）.4.带电体间相互作用［原理］带同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.［步骤］（1）把涂敷银导电漆的两个乒乓球用尼龙绳分别悬挂在两个绝缘支架上.使两球几乎接触，用带电的有机玻璃棒从两球中间接近两球时，两球被吸引，与棒接触后球带同号电荷，两球开始脱离棒并相互排斥（同号相斥）.（2）再将两球架分开5厘米左右，分别带正电荷，再移动电荷使它们互相靠近，直到它们相互吸引为止（异号相吸）.5.静电场对水流作用［原理］静电感应下，异号电荷相互吸引.［步骤］让带电的有机玻璃接近一束细水流时，由于静电感应，最靠近有机玻璃棒的那一部分将带上与棒异号的电荷，异号电荷相互吸引的结果，出现了水流被吸向带电的有机玻璃棒的现象.6.电力线分布［原理］同种电荷相排斥，异种电荷相吸引.电力线描述电场强弱、方向.［步骤］（1）演示点电荷电力线的形象在多功能静电演示仪的绝缘杆上将一个验电羽接上高压电正（或负）极，丝线因带同种电荷互相排斥而散开.或用导线将验电羽的金属杆与感应起电机的一根放电杆连接起来，起电后，丝线因带同种电荷互相排斥而散开.（2）演示两个异种电荷的电力线形象在多功能静电演示仪的绝缘杆上将两个验电羽分别接上高压电正、负极，丝线散开且相互吸引.或将两个验电羽分别用导线连接到感应起电机的两根放电杆上.摇动起电机手柄，起电后，丝线散开且相互吸引.（3）演示两个同种点电荷的电力线形象在多功能静电演示仪的绝缘杆上将两个验电羽分别接上高压电正（或负）极，丝线散开且相互排斥.142或将两个验电羽分别用导线连接到感应起电机的两根放电杆上.摇动起电机手柄，起电后，丝线散开且相互排斥.演示电力线的另一种方法是将头屑撒入盛有蓖麻油的玻璃（或有机玻璃）容器中，并置入所需形状的电极.用静电高压电极或起电机使电极带电，头发屑将在电场中排列、显示出电力线的形象.使用投影仪效果好.7.电荷分布于导体的外表面（法拉弟冰桶实验）［原理］电荷分布于导体的外表面［步骤］将一金属网杯倒置于静电计金属杆上，首先使金属网杯带电，静电计张开一个角度，当用验电球接触金属网杯内表面时，静电计指针不动，但当验电球接触金属网杯外表面时，由于有电荷移至验电球上，所以静电计指针角度变小，证明了电荷分布于导体的外表面.8.电荷表面密度分布和电位［原理］导体表面曲率大，电荷密度大.各处电位相同，导体表面是等位面.［步骤］由圆锥、圆柱组成的导体带电时，表面各处的丝须张角（待做）各不相同，在尖端处（表面曲率大）张角最大，曲率小的地方，丝须张角也小，在平坦处张角很小，在凹处（曲率为负）张角几乎为零.张角大小可表明丝须带电量的多少，又由于丝须长短粗细都相同，因此张角的大小也表明该处电荷面密度大小.再用带绝缘柄的金属小球（小球与静电计用导线相连）在导体表面各处移动时，静电计指针张角不变，表明尽管导体表面各处面电荷密度不同，但各处的电位是相同的，即导体表面是等位面.9.尖端放电［原理］尖端放电使空气电离，与风针带电荷同号的正（负）离子被针尖排斥，使针得到反冲而旋转；负（正）离子被吸引，正负离子中和后又带正（负）电荷而被针尖排斥也使风针得到反冲而旋转.［步骤］在绝缘架上插上顶针、其上装风针，接上正极（或负极）高压电时，风针便高速旋转（电风车）.注意：电风车如果不旋转（或较慢）检查顶尖头部是否变圆，要重新磨尖.10.电风转筒（静电电动机）［原理］空气被电离与电极电荷同号的离子被排斥，被喷射到转筒表面，使转筒得到一力矩而旋转.［步骤］一顶针上顶着一个能自由旋转的电介质转筒，其两侧对称地各放置一个排针，并分别与高压静电源两极相联，通电时筒可高速旋转.11.电风吹焰［原理］带电的尖端处电荷密度最大，其附近场强最强，因此尖端附近空气被电离，与尖端电荷同号的离子受到排斥飞向远方形成“电风”，与尖端电荷异号的离子受到吸引而趋向尖端与尖端电荷中和又带上同号电荷后受到排斥，飞向远方，也形成“电风”.［步骤］在多功能静电演示仪上使针形导体带电，能把放在尖端前方的蜡烛火焰吹向一边，甚至吹灭.（可手143144持蜡烛，使火焰靠近放电尖端）.或用导线使尖形布电器与起电机的一杆相连.在尖端的前方放一支燃着的蜡烛.摇动起电机手柄，可以看到蜡烛的火焰被吹向一边.12. 避雷针原理［原理］尖端电荷密度大，处在高压场中发生放电现象；球面电荷分布均匀处在高压场中不发生放电现象.［步骤］在极板上开二个孔，装上顶尖和一个带金属柄球（φ=2cm ）（二者长度相同）二极板通高压电时，顶尖发出嗤嗤声，不发生劈劈叭叭打火声，当搬倒顶尖时，同样条件下，就发生打火声，演示了避雷针原理.13. 静电屏蔽［原理］在电荷平衡时，导体内部的电场强度等于零. ［步骤］当带正电的有机玻璃棒接近静电计上部金属球时，指针有一很大张角.如球外套一接地的金属球网时（与球不接触），无论带正电的有机玻璃棒靠得多近，甚至与金属球网接触，指针也不张开，演示了静电屏蔽现象.14. 平行板电容器和外力克服电场力作功变为静电场增量［原理］平行板电容器所带电量、电势差的关系：Q=CV ；电容、介质、间距、相对面积的关系：0rSC dεε=. 外力克服电场力作功变为静电场能增量，根据0rSC dεε=知d 增加，C 减小，而Q 不变.根据静电能量公式：W=(1/2)QV=(1/2)CV 2可知，C 减小（一次方），V 增加（二次方），因此电场能W 增加了.（或由W=（1/2）VQ 知：Q 不变，V 增加，因此W 增加了）.［步骤］（1）可演示0rSC dεε= 、Q=CV 关系（Q 不变）.用手指轻触铝板，用丝绸摩擦过的有机玻璃棒使锌板带正电后，手指再离开铝板，此时静电计指针有一张角α（Q 不变），当：①S 改变：使铝板绕轴转动一个角度，使两板重迭面积S 减小，则指针张角变大.这是因为Q 不变，而S 变小，C 变小，据Q=CV 知，V （两板间电势差）变大的结果.②d 改变：沿滑道向外拉铝板，d 增加，指针张角α变大.这是因为Q 不变，d 增大而C 变小，据Q=CV ，则V 变大的结果.③r ε改变：把厚木板加入两金属板间，则指针张角α变小.这是因为Q 不变，加入木板使r ε变大，C变大.据Q=CV ，则V 变小的结果.(2) 外力克服电场力作功变为静电场能增量：两平行金属板带电后，向外拉活动板，可见到静电计指针张角变大，表明两板间电势差增大.15. 静电乒乓［原理］在高压电场中，轻物体带电前、后受电场力作用.［步骤］用丝线挂一镀金属膜的乓乒球，置于具有较高电势差的两金属板间（球放入锌板和铝板间，再将两板接正、负极），可见球受力情况，稍向一板加力见球在两板间来回迅速运动，演示静电乓乒现象.16.静电植绒原理［原理］轻小物体带电后，在电场中受电场力作用.［步骤］将植绒盒插在横梁支架上，高压输出端正负极分别联在盒的上下两极，开启高压电后，可看到盒内绒毛（或纸悄）上下跳动.如果在上极板上涂上粘接剂，就会形成所需要的象刺绣似的纺织品，这就是“静电植绒”原理.利用这种原理，可进行静电除尘，静电喷涂，静电摄影、静电复印等工作.注意：一次实验后，必须放电.禁止在未放电时换接正负极，否则会发生过电和损坏仪器.17.电介质的极化[原理]电介质模型在高压静电场中铝丝的静电感应和石蜡的极化使每个极子两端带有等量异号电荷，形成电偶极子，在电场中受力矩作用.[步骤]每根竖直的细丝线上系着四个电偶极子，模拟的偶极子是直径约为1毫米、长约2.5—3厘米的铝丝，铝丝两端各包有绿豆大小的枣核石蜡，（避免铝丝尖端放电，可对周围空气的干扰增加稳定性）把电介质模型放入高压静电场（即：将锌板、电偶极子和铝板依次放在绝缘架上，锌板接正极、铝板接负极.），电偶极子在电场中受力矩作用.18.静电除尘[原理]玻璃筒内靠近轴处电场较强，空气分子在强电场中电离，形成正负离子，这些离子又与烟粒相遇，使烟分别带上正负电荷，在电场力作用下，沉积在玻璃筒壁和中心铜线上.[步骤]把一个玻璃筒固定在一个有抽板的木盒上，玻璃筒的外面稀疏地绕以铜线作为一极，圆筒上端有开口的端盖中心固定一金属丝作为另一极，将玻璃筒内外铜线分别与高压电源两极相联（尚未接通电源）将木盒内油布条（或木悄）点燃，放入木盒中，看到浓烟从玻璃筒内袅袅上升自顶端逸出，当接通电源时，玻璃筒顶端即刻停止冒烟.使用一段时间后，玻璃筒内壁需要用酒精清洗.除尘装置或是用金属壳验电器改装而成的.中间金属杆做为一个电极，金属壳做为另一个电极.将两电极分别接到起电机放电杆上，点燃香头，放在底座上，待烟较浓时，摇起电机手柄，浓烟迅速消失.静电有着广泛的应用.这里用一简单装置说明工业上的除尘器的作用.19.光电效应：［原理］在紫外光照射下，金属表面释放出电子（光电子）的现象.［步骤］把锌板插入绝缘架的金属柱上，然后依次放上铝网、紫光灯.首先使铝网带正电.（一般用丝绸擦过的有机玻璃棒使网带正电）.（1）当高纯锌板不带电时，用紫外光照射（不要直视；开灯时间为10秒内.）锌板（用细砂纸擦光的）表面，指针迅速张开（张角约40度角左右）.据光电效应理论，锌板在紫外光照射下应有光电子被145击发出来而带正电，经验证锌板确已带正电，验证了光电效应理论.（2）当使锌板带负电（首先使网带正电，再用手指尖轻轻触锌板，使锌板正电消失，然后再使其带负电）再用紫外线照射时，则指针张角逐渐减小直到闭合，而后又张开一定角度，经验证锌板已带正电.据光电效应理论，这是因为锌板在被击发出光电子过程中负电荷减小，待负电荷释放完毕时，指针张角为零，而锌板继续释放光电子则指针又张开一个角度而带正电.再一次验证了光电效应理论的正确性.注意：此步骤的完成需调整灯、网、锌板间的间距.太近时，指针还未合拢就张开；太远时过程缓慢，所以间距要适当（一般锌板与网距约4厘米，网与灯相距约6厘米较合适），效应才明显.（3）当使锌板带少量正电（指针张角约30度角左右为宜），光照射时，指针继续张大，经验证锌板带正电.说明锌板在紫外光照射下有光电子发射，再一次验证了光电效应理论.说明：上述实验中（2）效果明显，（1）（3）由于锌板表面氧化等原因效果不明显.20．玻璃隔紫外线作用[原理]玻璃有吸收紫外光的作用（隔紫外光的作用）.[步骤]在紫外灯和网间放置一玻璃板，做实验19（光电效应），指针均不动.（四）注意事项1．电风车如果不旋转（或较慢）检查顶尖头部是否变圆，要重新磨尖.2．一次实验后，必须放电.禁止在未放电时换接正负极，否则会发生过电和损坏仪器.3．用紫外光照射不要直视；开灯时间为10秒内.4．调整灯、网、锌板间的间距，太近时，指针还未合拢就张开；太远时过程缓慢，所以间距要适当（一般锌板与网距约4厘米，网与灯相距约6厘米较合适），效应才明显.5．静电高压输出端不应长时间短路.6．静电学的演示实验受环境的影响，准备演示实验时充分考虑当时、当地条件，特别是清洁及干燥程度，并反复操作确保成功.7．对实验中可能出现的似乎“反常”的现象应有所准备.8．使用范德格拉夫起电机时要注意安全.使用范氏起电机应注意的问题A．保持皮带与带轮的干燥.这个因素对起电机的起电能力影响最大.可点亮灯泡，来防止温度的增加.B．由于金属球带电后，电压非常高，所以人体不要在高压情况下靠近金属球，以免在人体与球壳之间产生放电现象一般应保持二者之间有50cm以上的距离.C．当电机停止转动之后，也不能用手直接去接触球壳，因为此时球壳上仍有残留电荷，导电之后方能接触球壳.D．支撑球壳的有机玻璃电极支柱表面电阻很高，若表面被油脂指纹、灰尘等污染，可能就会在此处发生放电现象，影响球壳电压上升.当表面被污染时，可用纯酒精棉擦洗，干后用软布擦一次.E．做为电极的金属球壳，要经常保持表面清洁，应注意不要磕碰它.146。
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静电演示仪器与实验报告
姓名：学号:
【实验目的】
1、掌握静电特点，分析研究静电演示仪实验成败的关键因素。
2、熟悉静电仪的结构原理用途及使用方法。
3、初步掌握检查静电演示仪器性能的方法。
【实验器材】
验电器、静电起电机、有机玻璃棒、橡胶棒、感应起电盘、验电羽、平板电容器、尖形导体、富兰克林轮、金属网罩、丝绸、毛皮、起电拍、旋转支架。
【做好静电实验的关键】
首先静电学比较抽象，要做成功实验首先要对实验原理有一个深入准确的理解，其次要考虑影响实验的客观因素，最后就是在实验中要学会创新的思考，试着用新型的方法去完善改进实验的步骤和方法。
首先我们要了解静电实验的特点，一是：静电实验的的高压性，一般可以达到几千甚至几万福特的电压，传统意义上的绝缘体都很容易被极化从而流逝电荷，因此解决绝缘问题是至关重要的，我们主要从以下几个方面来解决绝缘问题。
1、选择合适的材料
静电演示实验中，各种绝缘材料都应该选择绝缘性能较好的材料例如塑料板、有机玻璃、石蜡等。
2、要保持绝缘体表面的清洁干燥。
3、应注意环境的影响
如果空气的湿度较大空气的导电性能就会发生变化，因此我们教师在带领学生做这个实验时要注意天气的变化。
4、要有良好的操作习惯
除了做好景点实验前的绝缘检查外，实验的临场发挥和处理也有是非常重要的，操作仪器时要格外谨慎，导线不要接触桌面和地面，不用的仪器尽量要方的远一些，手握绝缘柄，务必要尽量使手远离导体。
【实验内容、实验现象及其解释】
（一）摩擦起电与电荷守恒
1、摩擦起电
两种不同的物质接触时，常有电子从一种物质转移到另一种物质上，从而
2、电荷守恒
取两块相同面积的有机玻璃板，在其中一块贴上呢绒，然后各粘一根绝缘棒，做成
1、接触带电
将带电的有机玻璃棒，橡胶棒分别靠近已带电的验电摆，演示电荷的吸引与排
斥。
（四）导体上的电荷分布及静电屏蔽
1、利用验电羽可形象的演示带电体的电力线
用两个相同的验电羽与电机一端相连，并使他们带上相同或异号的电荷，然后
（七）静电感应
用绝缘电线把平行板电容器的一块金属板与验电器的导电棒连接，另一块金属与验电器的金属外壳连接，用起电机给两金属板充电，接着进行如下操作：
实验时要从教师的角度来研究实验，弄清每一步每一现象的原理，能够清楚的解释给学生。
在做实验中要对对残存电荷的清除。