1、物理演示实验 实验题目:辉光放电 1 / 3 实验题目 辉光放电 实验目的 通过辉光放电球的放电现象演示,说明气体分子被高速运动的离子撞击后会在能级之间跃迁发 光,甚至发生电离的物理过程。 实验装置 玻璃外壳,中心(高压达数万伏)电极,电源线(220V ) ,环形荧光管, 底座(内有高压发生器) ,电源开关,音乐开关 图 1 辉光放电球 安全注意事项 1 辉光球中 心 电极和球 壳 为玻璃制 品 ,操作过 程 中必须小 心 轻放,以 免 损坏。由 于 球中气压 低于大气压,破损时会发生轻微的爆炸,破碎的玻璃极易伤人。 2 警告:一旦发球壳破损,须立刻关闭电源,严禁继续操作,中心电极的高压可使人
2、遭受电 击伤害。 实验操作 1 将电源线接 220V 交流电 ,打开电源开关,可观察辉光放电现象。 2 用手靠近并触摸外壳,观察辉光放电的变化。 3 将手指在外壳上缓慢移动,观察辉光放电的变化。 4 分别用 塑料 棒(绝 缘体) 、金属 棒( 导体) 、荧 光 灯管等 不同 物体接 触外 壳,观 察辉 光放电 的异同。 物理演示实验 实验题目:辉光放电 2 / 3 实验现象 (可用照片、文字、数据、曲线等多种形式说明实验的现象,越详细越好) 1. 打开电源开 关,可观察 到如 图 1 所示的现象。 (1 )中心电极 出现明亮的 红斑,且红 斑的分 布会不断地 变化。 (2 ) 从中心电极 发出
3、许多树 枝状的白色 辉光,靠近 中心电极的 地方辉光较 粗, 越 靠近球壳, 辉光越分散 ,且树枝状 的辉光线条 会不断地变 化。 (3 )环 形荧光管没 有通电也被 点亮 , 发出绿色的荧光。 2. 用手指接触球壳后, 可观察到如图 2 (a ) 所示的现象。 辉光放电条全部向手指的位置集中, 且放电条向上弯曲并不断摆动。 3. 用手掌覆盖 球壳顶部, 可观察到如 图 2 (b )所 示的现象。 放电条集中 在一起并垂 直向上, 放电条几乎不摆动。 4. 用绝缘体接触球壳,辉光放电观察不到明显的变化。 5. 用导体(钢 尺)接触球 壳,有如用 手指接触球 壳一样,放 电条全部向 接触点位置
4、集中, 且 放电条不断摆动。 6. 用荧光管接触球壳, 可观察到如图 2 (c ) 所示的 现象。 荧光管虽没有接任何电源, 荧光管 也被点亮,并由于内部荧光粉的不同,发出不同颜色的荧光。 (a)用手指接触球壳 (b)用手掌接触球壳 (c)用荧光管接触球壳 图 2 辉光放电现象照片 现象解释和分析 1. 辉光放电球 的球形放电 管中充有低 压气体,一 般选用惰性 气体。辉光 球中心是一 个高频 高 压电极,通 电后,中心 电极的电压 高达数万伏 。通常由于 宇宙射线、 紫外线等作 用,气体中 有少量 中性分子被 电离,以正 负离子形式 (等离子体 状态)存在 于气体中。 离子在强电 场的作用下
5、 定向运 动,并在运 动过程中与 其它气体分 子碰撞,使 其电离而产 生新的离子 ,离子数增 加。由于气 体比较 稀薄,离子 运动的平均 自由程很长 ,而且电场 又很强,因 此离子可获 得足够的动 能去激发或 电离其物理演示实验 实验题目:辉光放电 3 / 3 它中性分子 ,形成更多 的新离子。 离子、电子 和分子间碰 撞时,会引 起原子中电 子的能级跃 迁而激 发出辉光,称为“辉光放电” 。 2. 当有人用手 指接触球壳 时,辉光放 电电弧会向 手指触摸处 集中,象被 手指吸引过 来一样 , 而其它地方 几乎没有辉 光,这是人 体感应的结 果。辉光球 中间是高频 高压电极, 另一个电极 可看
6、作 位于无穷远 的空间,中 心电极周围 的电场分布 具有球对称 性,故没有 手接触时放 电是对称的 。当人 触摸球壳时 ,人体相当 于一个与大 地相通的导 体,球内电 极与手之间 的电容比其 它方向大一 些,致 使阻抗比其它方向小, 于是在该区域内形成较强的放电通道, 因此辉光就集中到手指接触的方向来。 3. 在高频电场 作用下,电 场方向不断 变化,原子 核(带正电 )和外层电 子(带负电 )受到 的 力也随着变 化,且球壳 内的气体由 于温度的差 别不断流动 ,故观察到 的辉光放电 条会不断地 摆动。 但由于热气 体都向上升 ,之后沿着 球壳内壁向 下对流,所 以用手从侧 面接触球壳 时,放电条 不断摆 动;但接触球壳顶部的时候,放电条几乎不摆动。 4. 荧光管是通 过内部的汞 蒸汽电离后 轰击荧光粉 而发光的, 虽然荧光管 没有通电, 内部没 有 离子,但当 荧光管接触 放电球外壳 时,放电球 中的高能粒 子会穿透球 壳和荧光管 的外壁,直 接轰击 管内涂覆的荧光粉,使荧光粉被激发而发光。 5. 在地球南北 极附近时常 出现的绚丽 的“极光” 就是辉光放 电的结果, 宇宙射线使 空气电 离 后, 离子在地球磁场作用下集中向地球两极高速运动, 激发两极高空稀薄的空气, 从而产生 “极光” 。 参考资料 (可以是网页、教材、产品说明书、公开发表的文献、专著等) 。