靜電實驗研究 實驗報告
【實驗目的】
1、 掌握靜電的特點分析靜電演示實驗成功的關鍵。
2、 掌握靜電學的主要實驗的演示方法掌握韋氏起電機和范德格拉夫起電機的構造及使用方法。
3、 加深對靜電現(xiàn)象及其原理的理解。
【實驗器材】靜電計
韋氏起電機、范德格拉夫起電機、驗電器、驗電羽、金屬網、尖形布電器、平行板電容器、枕形導體、球形導體、起點盤及靜電除塵裝置、絕緣體等。
【儀器介紹】一、驗電器
驗電器是用來檢驗物質是否帶電的儀器。驗電器的結構如圖1所示
驗電器的工作原理是當帶電物質接觸金屬球時就會有很少的帶電粒子傳到驗電器上面金屬箔就會張開。驗電器金屬箔張開的角度和物質帶電量的大小成正比。
利用驗電器判斷物質所帶電量正負的方法很簡單先將一個物體與球接觸再將另一個物體與
球接觸張角變大表明兩物體帶同種電荷張角變小
或張角先變小后變大表明兩物體帶異號電荷。
二、 靜電計
將驗電器裝上刻度盤與金屬底座就構成了一個靜電計靜電計的示意圖如右圖 靜電計可以測量帶點物質的電勢。將帶點物質連接到小球上顯示的就是對于地面的電勢。將兩個物體分別接于金屬球和底座測得的就是兩物體的電勢差。
三、 起電機
1、 韋氏起電機韋氏起電機是實驗室常用的起電機示意圖如下
韋氏起電機是利用靜電感應原理制作的它靠萊頓瓶積累電荷。當積累的電荷達到一定的數(shù)量兩個金屬球就會放電。
2、 范德格拉夫起電機
圖4 范德格拉夫起電機
范德格拉夫起電機是利用橡膠皮帶將負電荷從內部不斷的運送到電極上使電機所帶的電荷越來越多電勢也越來越高。理論上對地電位可以達到無窮大。
【實驗內容】
實驗一 演示感應起電
1、 摩擦起電
兩種物質相互摩擦電子在力的作用下會從一個物體轉移到另一個物體兩個物體就會帶異號電荷。
絲綢摩擦玻璃棒帶正電。毛皮摩擦橡膠棒帶負電。
帶電玻璃棒接觸驗電器驗電器有張角。帶電橡膠棒接觸驗電器張角閉合。
可見兩個帶異號電荷。
2、 感應起電
將帶電物體靠近導體由于同性相斥異性相吸導體靠近帶點物質的部分會帶異號電荷遠離的部分帶同種電荷。
將帶電玻璃棒靠近驗電器驗電器有張角可見感應起電。將一個接地的導線接觸驗電器驗電器的張角閉合。將導線離開驗電器玻璃棒也遠離驗電器 驗電器又有張角表明驗電器帶電。接地的導線使驗電器上與玻璃棒同號的電荷傳到地上驗電器上就只有與玻璃棒異號的電荷。這時拿帶電橡膠棒接觸驗電器驗電器張角閉合。
同理可用玻璃棒使枕型導體帶電。先接近測量枕型導體的兩端發(fā)現(xiàn)枕型導體兩端帶異號電荷再分開枕型導體玻璃棒遠離用驗電器檢驗可以發(fā)現(xiàn)枕型導體兩半帶等量異號電荷。
3、 起電盤感應起電
用絲綢或毛皮摩擦絕緣盤就可使絕緣盤帶電。將絕緣盤靠近鋁盤鋁盤感應起電用手接觸鋁盤再放開手遠離絕緣板鋁盤帶電。
4、 感應起電機起電
感應起電機是利用靜電感應原理制作的。
用范德格拉夫起電機做人體帶電實驗可以使頭發(fā)豎起來但現(xiàn)象并不十分明顯只有一些頭發(fā)的飛揚。
實驗二 演示電場線的形象
1、 點電荷電場線
點電荷電場線是球形發(fā)散的。實驗儀器是圖6所示的有很多驗電羽的金屬桿。
將儀器連接到起電機的一極上就可以演示呈發(fā)散性。
圖 6 驗電羽
2、 異號電荷電場線將兩個驗電羽分別接兩個電極即可演示形狀為中間連通如圖7。
圖 3 異號電荷電場線
3、 同號電荷電場線
同號電荷電場線同異號電荷電場線的方法。結果與理論一致。
實驗三 靜電平衡時導體上電荷的分布
1、 導體電荷分布于外表面
由于導體內有帶電粒子導體內有場強就會引起帶電粒子的移動最終導致導體內部場強為零電荷只分布于外表面。
用一個球缺導體和驗電器即可完成。
將球缺導體與帶電的橡膠棒多次連接 使球缺導體帶電用與驗電器連接的導線接觸球缺導的外表面和內表面觀察發(fā)現(xiàn)外表面有示數(shù)但內表面電荷分布面沒有所以導體電荷分布于外表面。
2、 電荷分布與曲率有關
電荷分布于曲率有光曲率越大電荷分布越多。
用尖形布電器和驗電器演示電荷分布與曲率有關。將尖形布電器帶電喲哦那個不帶電的金屬棒接觸布電器的柱面和尖端即可發(fā)現(xiàn)尖端驗電器張開的角度比柱面大。如圖九
圖9 電荷分布與曲率關系
3、 尖端放電
因為尖端所帶的電荷很多所以尖端會放電。
用起電機給尖形布電器帶電將蠟燭放于前方即可發(fā)現(xiàn)蠟燭火焰似乎被風吹向一邊是尖端放電引起的風吹動蠟燭火焰的。
圖 4 尖端放電
4、 導體表面是等電勢面
導體的表面有自由電荷如果表面不是等電勢的自由電荷就會移動所以導體表面是等電勢面。
實驗方法是讓尖形布電器帶電用一個導線將靜電計和尖形布電器連接在一起在布電器表面移動金屬棒可以發(fā)現(xiàn)靜電計的示數(shù)沒有發(fā)生變化可見導體表面是等電勢面。
實驗四 靜電屏蔽
導體處于平衡狀態(tài)時導體內部電場為零。因為如果有電場導體內的自由電子就會移動最終結果是使得導體內的電場為零此即靜電屏蔽。
演示實驗時金屬網的內不和表面各接一個驗電羽發(fā)現(xiàn)外面的驗電羽張開而里面的沒有張開
圖12 靜電屏蔽
實驗五 平行板電容器的電容平行板電容器的公式為
C為平行板電容器的電容為介電常數(shù)S為平行板的面積d為平行板之間的距離Q為平行板電容器的帶電量U為平行板的電勢差。
1、 帶電量Q與電勢差U的關系
保持S與d不變給1板增加電荷靜電計示數(shù)增加可見Q變大U也變大。
2、 C與d的關系
保持S、Q不變減少兩板的距離靜電計示數(shù)增加可見U變小即C變大即C隨d的減小而變大。
3、 C與S的關系
保持d、Q不變減少兩板的相對面積靜電計示數(shù)減少可見U變大即
C變小即C隨d的減小而減少。
4、 C與 的關系保持S、Q、d不變向兩板間插入絕緣板靜電計示數(shù)減少即C變大。因此C隨 的增大而增大。
實驗六 靜電除塵
演示裝置如圖14實驗時點燃一根香即可形成很大的微塵。接通靜電微塵很快消失。
可見靜電除塵非常有效。
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