开放实验指导书《高压静电现象观察与探究》.doc

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1、开放实验指导书实验名称：高压静电现象观察与探究通过本实验主要让学牛在大学物理所学静电知识基础上，深入分析感应起电和相关静电现象，加深对高压静电问题的理解与认识，通过直观有趣的实验现象，增加学牛对H认科学的兴趣，激发学牛学习的积极性。学牛在观察实验现象的基础上必须深入思考，对韦氏起电机工作原理、高点静电起电原理、静电现象分析提出自己的简介和想法。【实验目的】1、观察高压静电现象，了解生活屮静电常识；2、进一步了解感丿、'、/「起电原理及其现彖；【实验仪器】维氏起电机，高压静电装置，静电跳球，静电摆球，避宙针丁-作装

2、置，高压带电操作装置等【实验原理】1.维氏起电机工作原理感应起电机是一种能连续取得并可积累较多正、负电荷的实验装置。莱顿瓶是个电容，用来储电。感应起电机在左右各有一莱顿瓶，两莱顿瓶集聚不同种电荷，作为电源的正负极。当顺时针摇动转轮上的摇柄时，由于在静电序列屮铝排在铜之前，所以在圆盘转动时铝片与电刷上的铜丝摩擦而带上正电荷，铜丝带负电荷。如图：假设刚摩擦吋金属铝片S1带电量为Q1,与其在同一直径丄的铝片S2带电量为Q2,Q1与Q2有大小之分。图1所示。当圆盘转过90°时,S1与反面电刷B和对，此吋S2‘、S1，分别

3、与SI、S2相对。假设Q1>Q2,由于S1与S2之间有电刷连接，会引起自由电子移动，使得带正电荷，S2带负电荷，图1(b)o当圆盘再转过45°时，SI、S2分别顺时针转至与电极相接的悬空电刷E2、E1处，并在该处放电使El、E2带正电荷，这些正电荷又被积聚在莱顿瓶Cl、C2屮，图1(c)o当圆盘再转过45°即S1转到与正而电刷B相对应时，S1与S1?相对，S2与S2和对，刚经过放电的S1与S2恰好不再带有电荷。S2?带负电使得S2感应带正电，又由于与金属刷上铜丝摩擦也使它带正电，在二者共同作用下S2带上了正电荷；

4、对于si来说，sr上的正电荷使其感应带负电荷，由于金屈刷的连接作用，S2所带的正电荷会导致电子移动(如图2)使S1带负电，这样，虽然有摩擦产牛的正电荷也会被以上两种作用所产牛的负电荷抵消，因此S1还是带负电荷，图2(d)oS1(S1)菇讨4“菲讨45°圆盘再转过45°时，S1与S2怡好分别转到悬空电刷E2?与E1?处。带正电的在E2处放电后不再带电，E2?丄的负电荷被屮和使E2带正电，这些正电荷被莱顿瓶C2积聚到放电叉T2的放电小球上；带负电的S2在处放电后也不再带电，且上的正电荷被屮和使El?带负电，这些负电荷

5、被莱顿瓶C1积聚到放电叉T1的放电小球上，图1(e)o如果圆盘又转过45°,S1又与S2湘遇,S2与S1湘遇,且此时SI',S2与反面电刷B相对，Sf,S2分别在E2、E1处放电后不再带电。此吋的电荷变化与过程(d)相似，因此与S1相对的S2?带正电荷，与S2相对的S1?带负电荷，图1(f)。当圆盘再转过45°,此时SlS2恰好分别转到悬空电刷ETE2处。S1在E1处放电使得负电荷被积聚到放电叉T1的放电小球上，S2在E2处放电使得止电荷被积聚到放电叉T2的放电小球上，图37・1(g)o之后转动摇柄，电荷的变化

6、情况将重复过程(c)〜(g),由于两盘的逆向旋转，转至与电极相接的悬空电刷E2、E2处的金属片将全部带正电，转至与电极相接的悬空电刷El、处的金属片将全部带负电。莱顿瓶C2感应到放电小球T2上的正电荷会越来越多，而被莱顿瓶C1感应到放电小球T1上的负电荷也会越来越多，当小球聚集一定电荷吋，就会产牛放电现象。在莱顿瓶盖内放电叉与悬空电刷之间的空气也会被电离，使放电叉与悬空电刷在短时间内相当于一个导体，将事先聚集在莱顿瓶屮的电荷大部分小和之后,再一次重复上述过程。但是，起电机并不是从一开始就可以放电的，因为空气被击穿

7、需要一定的电压，这就需要积聚一定的电荷，而放电叉Tl、T2上电荷的积累需要一定吋间，所以当起电机长吋间不用后要摇动摇柄一定吋间后Tl、T2间的电压才能达到空气的击穿电压而产牛放电现象。那么，反向转动摇杆时是否也会达到相同的效果呢？冋答是否定的，因为反转时虽然起电机原理和正转一样，但由于正反两而的铝片在摩擦起电后都没有再经过另一侧电刷，而是直接在悬空电刷处放电，使两个莱顿瓶带有同种电荷，因此不会放电。图21.静电跳球现象与原理：将两极板分别与静电起电机相连接，顺吋针摇动起电机，使两极板分别带正、负电荷，这时小金属球

8、也带有与下板同号的电荷。同号电荷相斥，界号电荷和吸，小球受下极板的排斥和上极板的吸引，跃向上极板，与之接触后，小球所带的电荷被小和反而带上与上极板相同的电荷，于是又被排向下极板。如此周而复始，于是可观察到球在容器内上下跳动。当两极板电荷被小和吋，小球随之停止跳动。1.避雷针工作原理：将绝缘支架上的两个金展圆板与起电机的两极相接。在下板上放一个上部呈球状的铜块，调节板距，使