17静电电动机与静电乒乓球的系列实验
17静电“电动机”与静电“乒乓球”的系列实验
1、实验沿革
本实验为静电实验一部份,由于实验有趣味,所以深受学生欢迎。选做的人较多。所以从自学物理实验开设以来本实验一直保持到现在。
2、实验目的
1)利用学到的书本知识来观察尖端放电现象,培养学生们分析实验现象的能力。 (
(2)应用静电感应的基本知识,解释现象。
3、实验原理
静电原理:
(1)电荷间相互作用,同号电荷相斥,异号电荷相吸。
(2)静电感应原理,当A导体带有正(负)电荷,则在B导体靠近A导体端因静电感应而带上负(正)电荷,B导体远端带上正(负)电荷。
(3)尖端放电:尖端导体附近电场很强,空气中残余的正、负离子在电场力作用下作剧烈的运动,与空气分子相碰撞,把空气分子电离成许多新的正、负离子,与尖端带电导体上电荷异号的离子向尖端运动,而同号的离子受到排斥,远离尖端导体运动,形成电风。
(4)蜡烛的火焰是一种电离剂,它把周围空气分子电离成大量正、负电子。
(5)导体与绝缘体的相对性,如木头在低压情况可作为绝缘体但在高压情况就可能是导体。
(6)自由电荷与束缚电荷的区别,电荷不能离开电介质,也不能在电介质中自由移动我们称它为束缚电荷。反之把在电场作用下能移动一宏观距离,或电介质因破坏了电中性所带的电荷称为自由电荷。
(7)水是一种导体。
(8)天气潮湿,使绝缘体
面受潮而变成导体。
(9)当烟雾经过带电针尖附近,因针尖放电使烟雾带上了与带电针尖相同号的电荷,由于正、负相吸,这些烟雾总结在同带电烟雾异号电荷的板上,从而达到除尘的目的。
4、预习要求及质疑题
(1)参见贾起民等编《电磁学》。
(2)质疑。
1)图中D1、D2为什么用有机玻璃棒,木头可以吗,
2)为什么实验与判断有时不一致。
3)乒乓球上为什么要涂上石墨。
5、实验步骤及每一步的注意事项
(1)将B1与B2和静电感应起电机的正、负电极相连接,当B1与B2的针尖分别带上了正、负电荷后,你将观察到什么现象。
(2)B2用导线接地,观察现象。
(3)B1、B2同时接正(负)电极,观察现象。
(4)B2拔出,观察现象。
(5)B2换成蜡烛,观察现象。
(6)图17-7转动起电机观察乒乓球作何种运动(乒乓球涂墨)。
(7)B接地重复(6)。
(8)铝板A与B同时接相同电极,重复(6)。
(9)B取掉重复(6)。
(10)乒乓球不涂墨重复(6)。
(11)面积大于铝板A有机玻璃薄板覆盖在铝板A的内侧重复(6)。
(12)用蜡烛取代B重复(6)。
(8)图17.5,用针尖取代B重复(6)。
6、实验操作的评分
(1)预习与质疑(1分)。
(2)实验过程与效果(3分)。
3)整理与实验态度(1分)。 (
7、实验仪器、
、易耗品的名称、规格、数量(见实验管理卡)。
8、实验仪器的说明书。
9、典型测量及分析。
(1)图2,1转子转动。
由于尖端放电,带上正电荷的针尖附近空气分子被电离成大量正负离子,其中正离子飞向转子,转子带上正电荷,与针尖排斥产生力矩,使转子转动,当带正电荷的一边转子转动带负电荷的针尖附近处,转子表面正电荷因带负电荷的针尖放电而带上负电荷(或正电荷减少),所以转子一边(半)为正电荷,另一边(半)为负电荷或两个不相等电荷量,所以始终产生力矩使转子转动。
(2)转动
分析、因静电感应,B2针尖带上大量负电荷(因感应比接起电机负极少)。所以同上。
(3)转一点后静止
分析:转子表面上存在同种电荷,产生二个力矩相互抵消。
4)转一圈(或几圈)停止 (
分析当转子表面上转了一圈(或几圈)后,转子带上相同电荷产生顺时针与逆时针方向的静电斥力矩,合力矩为零,转子仿宋转。
(5)转动
分析:因火焰周围有正负离子,中和了转子表面上正电荷。
(6)来回运动乒乓球P
分析如虹A极带正电荷,B带负电荷,小球P两端分别感应出异号电荷,这时一开始有可能A与P相吸,也有可能A与B相吸,如果A与P相吸后,A与P带上同种电荷,相吸消失P离开A又受到B吸引,与B相碰后又带上同号电荷远离B极,又重复以上过程
分析铝板B接地是因为靠近有A的小球一面感应负电荷而另一面感应出正电荷而B板因而感应出负电荷,而正电荷通过接地泄放,所以B板感应电荷增强,相当于B板接负极,不过电量比后者少,所以小球摆动速度没有(1)快。
(7)不动或碰一下分析相当于一块板的作用。
(8)与A板相碰后弹开,与A板保持一定距离。
分析当乒乓球(涂墨)相碰后,乒乓球带上与A板同号电荷,所以与A板相斥,保持一定距离。(图2,4)。
(9)乒乓球(没有涂墨)不动
分析因为乒乓球没有涂墨,所以不能感应出电荷。
(10)吸在有机玻璃板上
分析由于有机玻璃板阻隔,所以极A电荷不会中饭到球上,所以极A与小球异号相吸。
(11)不动,但放上蜡烛,小球运动
分析放上蜡烛后,由于蜡烛火焰周围存在正、负离子,中和3小球一侧的电荷,使感应出电荷增多,与A极相吸,相吸后小球带上电荷,又被极中和,同号相斥,小球离开A极,又重复以上过程。
(12)小球运动
分析B针尖尖端放电,原理同上。
(13)小球不动或动一下就静止,B1与B2相接,小球C1、C2摆动。 分析接通前小球感应电荷较少,接通后,针尖另一端相互中和,原理同针尖接地。 10、实验
与实验操作评分标准
实验操作
(1)预习与质疑(1分)。
(2)实验效果(3分)。
(3)分析与整理(1分)
实验报告
(4)实验装置图(1分)。
(5)实验现象、分析(3分)。
(6)思考题与讨论(1分)。
11、思考题
(1)因为有机玻璃棒对静电绝缘,木头对静电不绝缘。
(2)如果天气潮湿会有漏电现象,所以有时会与理论值有不一致。 (3)静电感应。
12、学生易出现的错误及解决办法
(1)起电机引出线与其它物体或相互之间相碰(引出线悬空)。 13、仪器易出现的问题及解决办法
1)静电起电机容易损坏(更换新的起电机)。 (
14、历届考试及答案汇总
15、提高实验
选做下一个实验。
16、参考书或参考资料
实验管理卡
实验名称 静电电动机实验 实验代号 ?,1 实验人数 实验时数 现有套数 2 3 3
仪器设备
名称 型号 规格 数量 静电起电机 J2310 1 静电实验装置 1套
材料及易耗品
名称 规格 数量
导线 若干
5、实验步骤及每一步的注意事项
(1)图2,3转动起电机观察乒乓球作何种运动(乒乓球涂墨)。
(2)B接地重复(1)。
(3)铝板A与B同时接相同电极,重复(1)。
(4)B取掉重复(1)图2,4。
5)乒乓球不涂墨重复(1)。 (
(6)面积大于铝板A有机玻璃薄板覆盖在铝板A的内侧重复(1)。
(7)用蜡烛取代B重复(1)图2,5。
(8)用针尖取代B重复(1),再将A极或针尖接地图2,6。
6、实验操作的评分标准
(1)预习与质疑(1分)。
(2)实验过程与效果(3分)。
(3)整理与实验态度(1分)。
7、实验仪器、材料、易耗品的名称、规格、数量(见实验管理卡)。
8、实验仪器的说明书。
9、典型测量及分析。
(1)采回运动乒乓球P
分析如虹A极带正电荷,B带负电荷,小球P两端分别感应出异号电荷,这时一开始有可能A与P相吸,也有可能A与B相吸,如果A与P相吸后,A与P带上同种电荷,相吸消失P离开A又受到B吸引,与B相碰后又带上同号电荷远离B极,又重复以上过程(图2,3)。
(2)小球来回运动
分析铝板B接地是因为靠近有A的小球一面感应负电荷而另一面感应出正电荷而B板因而感应出负电荷,而正电荷通过接地泄放,所以B板感应电荷增强,相当于B板接负极,不过电量比后者少,所以小球摆动速度没有(1)快。
(3)不动或碰一下分析相当于一块板的作用。
(4)与A板相碰后弹开,与A板保持一定距离。
分析当乒乓球(涂墨)相碰后,乒乓球带上与A板同号电荷,所以与A板相斥,保持一定距离。(图2,4)。
(5)乒乓球(没有涂墨)不动
分析因为乒乓球没有涂墨,所以不能感应出电荷。
(6)吸在有机玻璃板上
分析由于有机玻璃板阻隔,所以极A电荷不会中饭到球上,所以极A与小球异号相吸。
(7)不动,但放上蜡烛,小球运动
分析放上蜡烛后,由于蜡烛火焰周围存在正、负离子,中和3小球一侧的电荷,使感应出电荷增多,与A极相吸,相吸后小球带上电荷,又被极中和,同号相斥,小球离开A极,又重复以上过程(图2,5)。
(8)小球运动
分析B针尖尖端放电,原理同上(图2,6)。
(9)小球不动或动一下就静止,B1与B2相接,小球C1、C2摆动。
分析接通前小球感应电荷较少,接通后,针尖另一端相互中和,原理同针尖接地。
10、实验报告要求及评分标准
(1)实验图(1分)。
(2)实验现象、分析(3分)。
(3)讨论(1分)。
11、思考题答案
(1)涂上石墨使乒乓球成为导体。
12、学生易出现的错误及解决办法
(1)起电机引出线与其它物体或相互之间相碰(引出线悬空)。 、仪器易出现的问题及解决办法 13
(1)静电起电机容易损坏(更换新的起电机)。
14、历届考试及答案汇总
15、提高实验
选做下一个实验。
16、参考书或参考资料
实验管理卡
实验名称 静电单摆 实验代号 ?,1 实验人数 实验时数 现有套数 2 3 3
仪器设备
名称 型号 规格 数量 静电起电机 J2310 1 静电实验装置 1套
材料及易耗品
名称 规格 数量
导线 若干
1、实验沿革
2、实验目的
(1)应用静电感应的基本知识,解释现象。
3、实验原理
静电原理:
(1)电荷间相互作用,同号电荷相斥,异号电荷相吸。
2)静电感应原理,当A导体带有正(负)电荷,则在B导体靠近A导体端因静电(
感应而带上负(正)电荷,B导体远端带上正(负)电荷。
(3)尖端放电:尖端导体附近电场很强,空气中残余的正、负离子在电场力作用下作剧烈的运动,与空气分子相碰撞,把空气分子电离成许多新的正、负离子,与尖端带电导体上电荷异号的离子向尖端运动,而同号的离子受到排斥,远离尖端导体运动,形成电风。
(4)蜡烛的火焰是一种电离剂,它把周围空气分子电离成大量正、负电子。
(5)导体与绝缘体的相对性,如木头在低压情况可作为绝缘体但在高压情况就可能是导体。
(6)自由电荷与束缚电荷的区别,电荷不能离开电介质,也不能在电介质中自由移动我们称它为束缚电荷。反之把在电场作用下能移动一宏观距离,或电介质因破坏了电中性所带的电荷称为自由电荷。
(7)水是一种导体。
(8)天气潮湿,使绝缘体表面受潮而变成导体。
(9)当烟雾经过带电针尖附近,因针尖放电使烟雾带上了与带电针尖相同号的电荷,由于正、负相吸,这些烟雾总结在同带电烟雾异号电荷的板上,从而达到除尘的目的。
4、预习要求及质疑题
(1)阅读贾起民等编《电磁学》。
(2)质疑。
?乒乓球上为什么要涂上石墨。
5、实验步骤及每一步的注意事项
(1)图2,3转动起电机观察乒乓球作何种运动(乒乓球涂墨)。
(2)B接地重复(1)。
(3)铝板A与B同时接相同电极,重复(1)。
(4)B取掉重复(1)图2,4。
(5)乒乓球不涂墨重复(1)。
(6)面积大于铝板A有机玻璃薄板覆盖在铝板A的内侧重复(1)。
(7)用蜡烛取代B重复(1)图2,5。
(8)用针尖取代B重复(1),再将A极或针尖接地图2,6。
6、实验操作的评分标准
(1)预习与质疑(1分)。
(2)实验过程与效果(3分)。
(3)整理与实验态度(1分)。
7、实验仪器、材料、易耗品的名称、规格、数量(见实验管理卡)。
8、实验仪器的说明书。
9、典型测量及分析。
(1)采回运动乒乓球P
分析如虹A极带正电荷,B带负电荷,小球P两端分别感应出异号电荷,这时一开始有可能A与P相吸,也有可能A与B相吸,如果A与P相吸后,A与P带上同种电荷,相
吸消失P离开A又受到B吸引,与B相碰后又带上同号电荷远离B极,又重复以上过程(图2,3)。
(2)小球来回运动
分析铝板B接地是因为靠近有A的小球一面感应负电荷而另一面感应出正电荷而B板因而感应出负电荷,而正电荷通过接地泄放,所以B板感应电荷增强,相当于B板接负极,不过电量比后者少,所以小球摆动速度没有(1)快。
3)不动或碰一下分析相当于一块板的作用。 (
(4)与A板相碰后弹开,与A板保持一定距离。
分析当乒乓球(涂墨)相碰后,乒乓球带上与A板同号电荷,所以与A板相斥,保持一定距离。(图2,4)。
(5)乒乓球(没有涂墨)不动
分析因为乒乓球没有涂墨,所以不能感应出电荷。
(6)吸在有机玻璃板上
分析由于有机玻璃板阻隔,所以极A电荷不会中饭到球上,所以极A与小球异号相吸。
(7)不动,但放上蜡烛,小球运动
分析放上蜡烛后,由于蜡烛火焰周围存在正、负离子,中和3小球一侧的电荷,使感应出电荷增多,与A极相吸,相吸后小球带上电荷,又被极中和,同号相斥,小球离开A极,又重复以上过程(图2,5)。
(8)小球运动
分析B针尖尖端放电,原理同上(图2,6)。
9)小球不动或动一下就静止,B1与B2相接,小球C1、C2摆动。 (
分析接通前小球感应电荷较少,接通后,针尖另一端相互中和,原理同针尖接地。
10、实验报告要求及评分标准
(1)实验图(1分)。
(2)实验现象、分析(3分)。
(3)讨论(1分)。
11、思考题答案
(1)涂上石墨使乒乓球成为导体。
12、学生易出现的错误及解决办法
(1)起电机引出线与其它物体或相互之间相碰(引出线悬空)。
13、仪器易出现的问题及解决办法
(1)静电起电机容易损坏(更换新的起电机)。
14、历届考试及答案汇总
15、提高实验
选做下一个实验。
16、参考书或参考资料
实验管理卡
实验名称 静电单摆 实验代号 ?,1 实验人数 实验时数 现有套数 2 3 3
仪器设备
名称 型号 规格 数量
静电起电机 J2310 1 静电实验装置 1套
材料及易耗品
名称 规格 数量
导线 若干