电学演示实验 徐婷婷.docx

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电学演示实验徐婷婷

中学物理实验报告

实验名称电学演示实验的研究班级物理092姓名徐婷婷

学号09180212实验日期2012/3/8同组人

一、实验目的

①参与实验操作过程，熟悉电学演示仪器的使用，探究演示实验的方法，力求充分发挥教具的探究功能并展现教具的趣味直观性。

②深入理解实验原理，与高中物理知识相联系，善于发现新知，探索教具的改良。

③在与他人的交流讨论中培养分析、解决问题的能力和交流、合作的能力并提高教学技能。

二、实验器材

1、起电演示仪器

2、验电演示仪器：

静电计、正负电荷检验器

3、静电演示仪器：

静电感应演示仪器、静电平衡演示仪器、静电屏蔽演示仪器

4、变压器演示仪器：

可拆变压器

5、磁感线演示仪器：

平面磁感线演示仪器、立体磁感线演示仪器

6、电容演示仪器：

电容充放电演示仪、常用电容示教板

7、电磁效应：

演示电磁继电器、左右手定则演示器、洛伦兹力演示器、直线电流磁感应强度演示器

8、常用电表

9、盖革计数器

10、辉光球

11、光导纤维应用演示器

12、光电效应演示仪器：

光电效应演示器、锌板和静电计的光电效应演示器

三、实验过程和实验数据

1、起电演示仪器

自然界中有两种极性的电荷，正电荷和负电荷。

物体都是由带正电的原子核和带负电的电子组成的，普通物质两种一样多所以呈电中性。

让导体带上正电荷或负电荷的方法，即起电方式有三种：

1.摩擦起电2.接触带电。

3.感应带电。

摩擦起电是最简单最常见的方法。

玻璃棒与丝绸摩擦使玻璃棒带正电，用橡胶棒与毛皮摩擦使橡胶棒带负电。

而丝绸舒服电子的能力要比玻璃棒束缚电子的能力强，所以摩擦后丝绸获得了电子，玻璃棒失去了电子，所以玻璃棒多出来了正电荷，所以带正电。

同理，橡胶棒束缚电子的能力比毛皮强，所以获得电子带负电。

摩擦起电时，某种电荷从一物体转移至另一物体，从而使两物体的中和状态都遭到破坏，各显电性。

两种导体之间相互接触摩擦，最终哪个带上正电，哪个带上负电要根据两种导体得失电子的容易程度，可以通过查阅该种导体所带元素的活泼性顺序表来确定。

2、验电演示仪器

1静电计

静电计是常用的验电仪器，与验电器相比较，静电计不仅能进行定性的实验探究，而且还能进行半定量的实验探究。

当带电体移近不带电的静电计时，由于静电感应作用，静电计的指针就张开了。

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。

在高中物理静电实验中，我们可以用这种感应法检验物体是否带电、带电多少、所带电荷极性及演示静电感应现象。

2正负电荷检验器

正负电荷检测器属于电工测量中电荷极性检测技术领域，具有正、负电荷两检测电路，其构成零部件及连接方式如下：

输入信号经探头加入由NPN管构成的NPN型或由PNP管、NPN管构成的PNP型复合管的第一级基极，它的集电极或发射极与时基电路相连，后者再与发光二极管构成的显示电路相连，以显示不同极性的电荷，该检测器克服了桥式电路调试不便的缺点。

正负电荷检测器操作方便，不需调试且结构简单、灵敏度高、效果显著，为物理教学提供一种显示直观的科教仪器。

3、静电演示仪器

⑴静电感应演示仪器

导体A导体B

用感应起电机将导体A带上电（假如是正电荷），把一导体B放入带正电的导体A所激发的电场中，导体B就会发生静电感应现象，内部的自由电子就发生定向运动，使导体B靠近导体A的一端感应出负电荷，而另一端出现等量的异种电荷。

这种导体内的正、负电荷因受外电场作用而重新分布的现象叫做“静电感应”。

静电感应过程中出现的电荷称为“感应电荷”。

实验过程中发现导体A、B上的锡箔纸张开了，说明此时两个导体都带上了电。

本次实验中被感导体B是做成一个可分可合的导体组，因此在教学过程中就可以进行进一步的探究。

首先，将带正电的导体A靠近导体B，待被感导体B由于静电感应在左、右两端出现等量异号电荷后，此时可以观察到导体B上的锡箔纸都张开了，然后把B导体拆分开，再将导体A移开，可以发现导体B上的锡箔纸依然是张开的，说明此时拆分开的导体B的两部分依旧是带电的。

这是静电感应现象给我们提供了一种起电方法，这种起电方式的电能来自于分开被感导体的左、右两部分时，克服静电引力而作的功。

然后，换一种实验方式，同样将带正电的导体A靠近导体B，待被感导体B两端感应出等量异种电荷后，先将导体A移开，然后再把B导体拆分开，可以发现导体B上的锡箔纸不再张开的，说明此时拆分开的导体B的两部分是不带电的，此时是因为移开导体A时，B中的异种电荷迅速中和。

这是高中物理中利用教具经常会进行的感应起电实验。

⑵静电平衡演示仪器

将一段尖锐的金属圆柱形筒的内表面和外表面都贴上锡箔纸，并利用感应起电机使另外一个导体球带电，并将其靠近金属圆柱形筒。

观察实验现象可以研究静电平衡时，导体上的电荷分布特点：

1、金属圆柱形筒的内表面的锡箔纸没有张开，外表面上的锡箔纸张开，说明金属圆柱形筒的内部没有电荷分布，正负净电荷只分布在外表面上。

2、金属圆柱形筒尖锐的地方锡箔纸翘得高，在金属圆柱形筒的筒身上锡箔纸翘得没那么明显，说明在静电平衡的导体表面，曲率越大的地方电荷分布越密集，曲率越小的地方电荷分布越稀疏。

⑶静电屏蔽演示仪器

静电屏蔽分为两种，一种是半屏蔽，另一种是全屏蔽。

半屏蔽是导体壳外的带电体不会使导体壳内的导体产生影响。

全屏蔽是不仅导体壳外的带电体不会使导体壳内的导体产生影响，而且导体壳内的带电体的电场不对外界产生影响。

首先，关于半屏蔽，根据静电平衡知识，电场中的导体，不管是实心的还是中空的，由于静电感应而使电荷在导体的表面重新分布，当达到静电平衡后，导体内部（包括导体空腔内）任意一点的场强为零。

然后，关于全屏蔽，这可以先把一个带电体A放进金属笼内，由于静电感应，在金属笼的内外表面分别带有等量异号的电荷。

此时金属笼外的锡箔纸张开了，说明金属笼外表面存在电荷。

将不带电的导体球B靠近金属笼，发现导体球上的锡箔纸张开了，说明金属笼外存在电场，这样还不能起到屏蔽的作用。

随后把金属外壳接地，会发现金属笼外的锡箔纸不再张开，导体球B上的锡箔纸也不再张开，因为此时外表面上的感应电荷由于接地而被中和了，金属笼外不存在电场。

于是，金属壳内带电体的电场对外就不产生影响了。

4、可拆变压器

拆变压器两组线圈拆卸方便、线圈抽头多，可方便地演示变压、变流、自耦升、降压变压器等变压器相关实验，还可以演示直流电磁铁的吸力等补充实验。

Ⅰ、验证理想变压器原副线圈电压比与匝数比的关系：

Ul/U2=n1/n2

控制原线圈匝数和交流输入电压不变，改变副线圈匝数并用电压表测量副线圈的输出电压，从而得出原副线圈电压比与匝数比的关系。

Ⅱ、演示自耦升、降压变压器

将交流电源输出端与变压器线圈0和100接线柱相连，然后再将这个线圈的0和400接线柱与电压表两端相连。

闭合开关，读出电压表示数。

此时变压器为自耦升压变压器。

断开开关，将线圈中0和100接线柱与电压表两端相连，将0和400接线柱与交流电源输出端相连，闭合开关，读出电压表示数。

此时变压器为自耦降压变压器。

Ⅲ、演示直流电磁铁的吸力

如上图所示，把两个可拆变压器的压固螺丝都拧开来，将两个线圈顺串起来，再合上1形铁芯，在U形铁芯底部绑上钩子，当接上直流电源后，用手拉着1形铁芯中部，可向上提起一定重量的物体，从而让学生感受直流电磁铁的吸力。

5、电容演示仪器：

⑴电容充放电演示仪

电容充放电演示仪的原理是利用二极管的单向导电性来展示电容充放电时电路中的电流方向。

将单刀双掷开关打到上开关，会发现上面的二极管亮了，但是经过短暂的时间又灭了，这是电容的充电过程，电流从电源正极流向电容正极，在电容充好电之后电路就相当于断开，此时二极管就灭了。

然后将单刀双掷开关打到下开关，此时电路中并没有接入电源，下面的二极管亮了，并且也只是经过短暂的时间就灭了，这是电容的放电过程，电流从电容的正极通过下面一只二极管流向电容的负极。

这套仪器可以展示电容器充放电的整个过程，并且形象地演示电容充放电过程的电流流向，另外也能够证明电容对直流电的阻碍作用。

假如将该实验装置就行改进，在配备直流电源的同时也配备交流电源，当在电路中接入交流电时，如果交流电的频率比较高就可以发现两个二极管都会持续发亮，如果交流电的频率不是很高就可以发现上下两个二极管将交替着发亮。

改进后的实验可以当作高中物理选修3-2中《电感和电容对交变电流的影响作用》一课中的演示实验。

⑵常用电容示教板

常用电容示教板包含了各类常用的电容器，按其结构可分为固定电容器和半可变电容器；按其材料可分为涤纶电容器、金属膜纸介电容器、云母电容器、瓷介电容器、电解电容器、油浸电容器、空气电容器。

通过这套常用电容示教板能够直观地向学生展示常用电容器的实物，加深学生对电容器外观和结构的认识。

6、磁感线演示仪器

磁感线演示仪器包括：

平面磁感线演示仪器和立体磁感线演示仪器。

本套仪器演示永久磁铁磁场的存在，磁场中各点磁场方向，以及磁感线的空间分布情况。

磁感线的概念是著名物理学家法拉第最先发明并引入的，但是因为磁感线并不是真实存在的曲线，学生接受磁感线的概念和特点较为抽象，利用这套仪器能够形象生动、立体完整地展现磁感线的特点。

7、电磁效应演示仪：

⑴演示电磁继电器

电磁继电器可以用低电压、弱电流控制高电压、强电流电路，还可实现远距离操纵和生产自动化，在现代生活中起着越来越重要的作用。

它的工作原理是：

当在在线圈两端加上一定的电压，线圈就会流过一定的电流，铁芯因为电磁效应产生磁性，衔铁就会在磁力吸引的作用下克服弹簧拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触头和常开触头吸和。

当线圈断电后，电磁的吸引力就会消失，衔铁就会在弹簧的作用下返回到原来的位置，使动触点与常闭触头闭合。

因此，就能过通过电源的连接和断开来控制常开触头的闭合和常闭触头的闭合，将常开、常闭触头接入电路中就能够实现相应电路的导通和切断目的。

⑵左右手定则演示器

左右手定则主要是用来判断通电导线（线圈）在磁场中的受力方向和判断闭合线圈在变化磁场中感应电流（或运动导线在磁场中运动产生感应电动势）的方向。

在教学过程中，左、右手定则学生往往很难掌握好，学生在碰到具体问题是不知道是该用左手定则还是右手定则。

因此，首先要让学生明确左手定则主要用来判断力的方向，包括洛伦兹力和安培力，右手定则主要用来判断感应电流或者感应电动势方向。

然后，通过一定的记忆技巧，比如说把左右手定则归纳为六个字：

“看结果，比字形”。

“看结果”是看题目的现象结果是产生感生电流，还是受力运动，“比字形”是以“看结果”为前提的，是比结果的字形。

如果受力运动，那“力”字的字形特点是一撇向左的，用左手定则；如果是产生电流，那“电”字的一勾是向右边的，用右手定则。

最后，通过左右手定则演示器让学生将所学知识应用于解决实际实验现象的情景中，熟练学生的规则应用。

3洛伦兹力演示器

洛伦兹力演示器内有一种特制的电子射线管，由电子枪发出的电子射线可以使管内的低压水银蒸气（或氢气）发出辉光，显示电子的径迹。

做此演示实验时，不要让教室的光线太强。

利用洛伦兹力演示器可以观察电子在洛伦兹力作用下的运动现象，进而分析其力的大小和方向。

洛伦兹力在演示的过程中一般采取：

首先不加电场，电子枪发射出的电子经加速电压后，在玻璃球内出现辉光的直线，说明不加磁场时电子沿直线运动。

然后，加垂直于电子速度方向的匀强磁场后看到辉光轨迹为圆，说明了电子做匀速圆周运动，因此电子收到的洛伦兹力的方向与速度方向垂直。

4直线电流磁感应强度演示器

利用直线电流磁感应强度演示器，探究无限长直线电流的磁感应强度与电流强度和离开导线的距离的定性关系。

把小磁针放在仪器面板的长度红线上尽量靠近框形线圈，为了使实验更加明显，仪器应放置在小磁针和红长度线重合，并保持在垂直于地磁场方向的位置上。

开始实验后接通电路，首先控制小磁针与与框形线圈的边距离不变，调节电流表到一定的值，这时可见小磁针偏转一定角度，减小电流，小磁针偏转角度变小。

实验证明，当小磁针与框形线圈的边距离不变时，电流强度和小磁针偏转角成正比；然后，将电流大小保持不变，把小磁针沿长度线方向逐渐远离框形线圈，可发现小磁针偏转角度慢慢变小。

实验证明，电流强度不变时，小磁针偏转角度与离框形线圈的距离成反比。

8、常用电表

电表的等级是用来表示电表的精确度的。

我国规定电表分为七个等级，它们是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级。

等级数值越小。

电表的精确度越高。

通常所用电表的等级都在电表的度盘上标出。

电表的等级是由电表的测量误差决定的，电表的等级能反映电表的准确度。

用电表进行测量时，知道所用电表的等级及电表的量程，就可算出被测量的最大绝对误差，从而估计出测量的准确程度。

9、盖革计数器

盖革计数器是一种专门探测电离辐射（α粒子、β粒子、γ射线）强度的记数仪器。

由充气的管或小室作探头，当向探头施加的电压达到一定范围时，射线在管内每电离产生一对离子，就能放大产生一个相同大小的电脉冲并被相连的电子装置所记录，由此测量得单位时间内的射线数。

盖革计数器作为辐射探测器可以探测生活中或实验过程中存在的射线辐射。

10、辉光球

辉光球又称为电离子魔幻球。

它的外观为高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体氩气，玻璃球中央有一个黑色球状电极。

球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射。

由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射。

辉光球虽然是日常生活中用来娱乐和观赏的玩具，但是将其引入物理课堂还是一件有趣的实验教具。

利用辉光球可以进行以下几个实验：

1、邀请学生将手指放在辉光球上移动，可以发现产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。

原因是辉光球工作时，在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。

当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光在手指的周围处变得更为明亮，因而产生上述的实验现象。

2、将节能灯放在辉光球上，节能灯可以被点亮。

辉光球产生的高压激发节能灯内的汞蒸气，激发状态的汞自发地回落到原来的状态，同时释放出紫外线光，通过紫外线激发萤光粉发光。

通过辉光球的实验寓学于乐，可以激发学生从生活中发现问题，探究真理的兴趣。

11、光导纤维应用演示器

光导纤维是利用光的全反射原理制成的，利用光导纤维应用演示器可以直观地展示光导纤维的传光、传像、传声效果，展现物理中光的全反射在生活和生产中的应用。

传光实验：

将弯曲的有机玻璃棒一端插入光源的通光孔，从有机玻璃棒一段射入棒内的光线在棒的内壁发生多次全反射，因而沿着玻璃棒的形状形成光的“曲线传播”的现象。

传像实验：

将光纤束的一端插入导像投影屏筒，适当调节焦距，使传导过来的图像放大投影在屏上。

通过导像投影屏筒将光导纤维的传像的效果放大，可以更方便教学演示。

传声实验：

将光纤束两端分别插入“输入”和“输出”插孔，发射器的转换开关拨向“音乐端”，接收器的喇叭传出电子音乐声。

然后再将光纤束从插孔中拔出，光波传输中断，音乐声立即停止。

12、光电效应演示仪器

只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，这种现象称为光电效应。

光电效应的实验在高中物理教学中应用与展现光的粒子性的演示实验。

本次实验中有两套关于光电效应的实验装置，分别是光电效应演示器、锌板和静电计的光电效应演示器。

5光电效应演示器

光电效应演示器的左边工作区是光源，可以通过旋钮改变加在光源两端的电压进而改变入射光的强度。

另外通过将不同蓝、绿、黑、红色的塑料片挡在光源前，可以改变入射光的频率。

光电效应演示器的右边工作区是金属板及其电路，通过观察电流表的示数可以判断光电流的大小。

通过光电效应演示器，可以进行光电效应的以下几个探究：

Ⅰ、探究光电流的大小与入射光强度的关系：

控制其他条件不变，改变光源两端的电压得到不同强度的入射光，分别读出电流表的示数，比较光电流的大小。

电压/V

50

100

150

200

电流/mA

0.20

1.30

2.60

3.60

实验结论：

入射光的强度越大，光电流强度越大。

Ⅱ、探究光电流的大小与入射光频率的关系：

控制其他条件不变，分别将不同颜色的塑料片挡在光源前，获得不同频率的入射光，分别读出电流表的示数，比较光电流的大小。

挡片颜色

无

红色

绿色

蓝色

黑色

电流/mA

3.60

3.10

3.05

3.10

3.00

实验结论：

理论上分析，光电流的大小应该随着频率的增大而增大，但是在实验的过程中用蓝光照射时得到的光电流比用绿光照射时得到的光电流大。

实验结果有悖理论分析可能是实验误差造成的。

总而言之，光电流的大小与入射光的关系时，当入射光的频率小于截至频率时，无论光强多大都不会产生光电流；当入射光的频率大于截止频率时，光电流的大小随着光强的增大而增大，随着光频率的增大而增大。

6锌板和静电计的光电效应演示器

把一块用砂纸磨去氧化膜的锌板连接在静电计上，分别将白炽灯和日光灯作为光源照射锌板，可以看到静电计的指针张开一定的角度。

实验原理是：

当锌板上的电子在光源的照射下由于光电效应而从表面飞出去，锌板就带上了正电，通过静电计张开角度的大小可以判断出由于光电效应产生光电子数目的多少。

但是该实验的现象不是很明显，原因是带正电的锌板会在其周围空间里形成一个电场。

这个电场的方向由锌板指向外面，电子在飞出时就受到电场的阻碍作用，随着飞出的电子的增多，锌板上所带正电荷增多，电势身高，周围的电场增强，对电子飞出的阻碍作用增大，直到电子飞出时的最大动能与电子在电场中的电势能相等时，电子就无法飞离锌板，锌板上的电荷就不会再增加，因此静电计检验到的正电荷的数目太小会导致指针张开的现象不是很明显。

为了克服这个演示实验装置的缺陷，首先可以选用频率较高的紫外灯作为光源。

另外，可以在实验装置附近放一个带有正电的带电体，从而在锌板附近形成电场，吸引光电效应产生的电子，使其更容易飞出锌板表面。

通过对比以上两个光电效应演示仪器，光电效应演示器在教学中更适合组织学生进行小组探究实验，通过控制变量法探究影响光电流大小的因素。

锌板和静电计的光电效应演示器更适合进行教师演示实验，但实验现象有时不明显存在一定的缺陷。

四、实验体会

经过几次中学物理实验的操作，发现自己收获颇多。

学习是一个知行结合的过程，物理的学习更加应该是这样的，将所学的知识应用于解释实验中的现象或者是生活中的现象更能够检验所学知识是否存在缺陷。

在书写本次实验报告的过程中，我尝试着把每件教具的实验原理与高中物理所教的知识一一对应起来，发现产生了很多疑问，通过与同学的讨论将疑问一一解答，发现自己收获很多。

比如说，看到左右手定则演示器的时候，乍一看，很多同学会想当然地以为它是用来演示楞次定律的教具，于是尝试用楞次定律来解释实验现象，会发现无论是拿磁铁的N极靠近还是S极靠近，线圈都应该是远离磁铁的，这与实验现象不符。

关键是此时的线圈是通了电的线圈，经过这么一提示很多同学又会自然地想到用先判断出通电线圈的磁极，再通过与磁铁磁极同性相斥，异性相吸的方法来判断。

那就会有疑问，为什么不能用楞次定律的方法来判断，其实经过思考才知道，溯其本源都是因为安培力的作用，未通电线圈中只有感应电流，而通电线圈中既有感应电流又有电源电流，起主导作用的是电源电流。

从中可以发现，很多时候我的解题思想是被很多习题解题方法禁锢的思想，而如果要成为一名合格的教师的话，就要有联系知识的能力，因此平时就要再面对问题时要想得更深一些，从本源上解决问题。

另外，在写实验报告的过程中才发现其实很多实验教具在实验时都没有被充分地利用起来，其实很多时候通过一个教具可以变换着进行多个实验，因此我意识到要善于发现新知，探索改良教具的方法。