1、 高中物理 选修 2011 1高中物理演示实验准备与设计高二第一章 静电场1.1 电荷及其守恒定律摩擦起电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
2、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。静电感应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编号 名称 名称23001 玻棒 丝绸23003 胶棒 毛皮J2320 正负电荷检验器编号 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 箔片验电器感应起电机高中物理 选修 2011 2壳相连，棒与外壳之间出现电场。指针表面的受到
3、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
4、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 WQ5 A 型万用电桥测得一般静电计的电容 C0 为 911pF。 A 所带电量 q 和 A、 B 间电势差 U 之间的关系是 q=C*U U 大则 q 大，静电计的指针张角 也就大。所以， 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。静电感应起电机：其本身可以做以下实验：配合其它仪器可以进行以下实验：
5、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：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) 。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。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。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
6、的导电连杆彼此相通。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：摇转起电机时，必须顺时针方向摇，如果逆转将不能起电。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。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。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。高中物理 选修 2011 3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。调节
7、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。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 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
8、变距离，观察现象。（3）用完后做好防尘保护。 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04012 高压发生器 123053 电场线演示器 1高中物理 选修 2011 4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
9、 直流电压，作为威尔逊云雾室的直流电源供给。（1） 使用前应仔细阅读高压发生器使用说明书。（2） 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。（3） 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。（4） 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 5kV 10kV 20kV 50kV火花放电间隙 1mm 2-3mm 4-6mm 7-10mm注意安全！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
10、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模拟电场演示器 1高中物理 选修 2011 5注意：灵敏电流计要接
11、 G1 接线柱，以保护表头。1.7 静电现象的应用 研究静电平衡时导体内部的电荷尖形布电器用途：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。 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。 静电屏蔽【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
12、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。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 123008 感应起电机 123005 箔片验电器 123049 金属网罩 1高中物理 选修 2011 6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
13、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 电容器充放电现象A 实验仪器B 自制装置所需仪器、元件集成在一起，实验非常方便。做一做 用传感器观察电
14、容器的放电过程观察电容器的 I-t 放电图像。 常用电容器示教板当开关拔到“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。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 自制 电容器充放电现象 1 电池 2计算机 1 电流传感器 1电解电容器、电阻、电池等23058 常用电容器示教板 104003 学生电源 3-12V 115009 直流电压表 0-15V 1高中物理 选修 2011 7 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
15、【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A 电子束演示器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
16、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。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 124053 电子束演示器 1
17、高中物理 选修 2011 8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，高中物理 选修 2011 9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
18、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。（1） 观察正弦波形（2） 接合学生信号源，观察李萨如图形。 范德格拉夫静电加速器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
19、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，使导信号源 123040 范式起电机 1高中物理 选修 2011 10体球 A 带电。随着传送带不断运转， A 球上的电量越来越多，电势也不断增加。通常半径为 1 米的金属球可产生约 1 兆伏（对地）的高电压。为了减少大气中的漏电，提高电压，减小体积，可将整
20、个装置放在充有 1020 个大气压的氮气的钢罐之中。应用：使头发竖立我们可以站在绝缘的椅子上，用手按着起电机的球形金属罩。由于人的身体也可导电，所以当起电机启动时，电荷便传到我们的身体上。而因为头发上的电荷互相排斥，头发便竖立起来。吸引发泡胶球当发泡胶球移近起电机的球形罩时，发泡胶球中分子内的电荷分布将发生变化。在分子内，正负两极的电荷被轻微地分离，产生所谓极化的现象。此时球形罩上的电荷与分子内相反的电荷产生微小的吸力，从而吸引整个发泡胶球。产生电火花把接地的金属小球移近起电机的球形罩时，强大的电场使电荷由球形罩跃向金属小球，在空气中产生大量离子和电子。因为离子的能态比不带电的空气分子高，所以它们便自发地释放能量，产生火花。这是在空气中的放电现象，例如闪电就是电荷从一片云跃向另一片云或地面的放电现象。产生电风带电导体的尖端区域具有较高的表面电荷密度，而电荷密度越高，所产生的电场越强。而强大的电场使尖端周围的空气分子电离，空气中与导体电荷相反的离子或电子被尖端吸引，而那些与导体电荷相同的离子或电子则被尖端排斥到远处，这现象称为尖端效应。离子运动时拖动空气分子，产生电风，可使扇叶转动。 密立根实验电子电荷量的测定24064 密立根油滴仪 1
