静电实验教学大全.docx

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静电实验教学大全

静电实验

一、摩擦起电

1、摩擦起电原理

不同物质的原子核束缚电子的本领不同。

当两个物体互相摩擦时，束缚电子的本领弱的物体，容易失去电子，跟它相摩擦的物体得到电子，物体失去电子带正电，得到电子带负电。

2、摩擦起电条件

（1）相互摩擦的物体是由不同的物质组成的。

同种物质的原子核对核外电子的束缚能力是相同的，不会出现电子的得失，因此不可能起电。

（2）摩擦起电的两个物体要与外界绝缘。

如果用手拿着金属棒去摩擦别的物体，金属棒是不会带电的，这是因为金属、人体、大地都是导体，摩擦过的金属棒上带的电通过人体传给大地，因此金属棒不会带电。

△常见物质束缚电子本领由弱到强的次序：

毛皮＜玻璃＜云母＜羊毛＜尼龙＜丝绸＜硬橡胶＜金属＜松香＜硫。

3、为什么带电体能吸引轻小物体?

这是因为当带电体靠近轻小物体时,轻小物体由于静电感应也带了电（与带电体相反的电荷）,所以带电体能吸引轻小物体.

4、为什么摩擦起电的笔杆吸起了碎纸屑以后，碎纸屑马上又掉了？

这是因为当碎纸屑被带电的笔杆吸引后,它就带了与笔杆相同的电荷（这是一种接触起电现象）,由于同种电荷相互排斥,所以碎纸屑马上又掉了。

5、为什么冬天梳头发时头发会变直，也就是说，为什么头发遇静电后会变直？

带电体靠近不带电体时，不带电体靠近带电体一侧会感应带上异种电荷，从而与带电体相吸。

梳头时，头发因摩擦而带上同种电荷从而相互排斥。

6、金属棒与有机玻璃棒摩擦起电

理论上，任何两个不同物质的物体相互摩擦，都要发生电荷（电子）的转移，在绝缘好的情况下，无论是绝缘体还是导体，都能表现出带电现象。

　　取一把长约20厘米、塑料把的螺丝起子与有机玻璃棒摩擦。

7、金属棒之间摩擦能起电吗？

不会，因为金属是良导体，就算你摩擦出电荷，这些电荷也会很快转移，并且马上发生中和反应，所以是不会起电的。

二、静电计与验电器

一、1、构造上的差异

最常用的金箔验电器，它是检验物体是否带电的最简单的仪器，在玻璃瓶口处有一橡胶塞，塞中插一根金属杆，杆的上端有一金属球，下端悬挂一对金箔（或铝箔）。

当带电体与金属小球接触时，箔片因带同性电荷相排斥而张开。

为了避免气流的影响，金属棒和箔片封闭在一个玻璃瓶中，棒与瓶间有绝缘材料相隔。

而静电计是用静电方法测量电势差的仪器。

实验室常用的静电计是布劳恩静电计，它的结构是在一绝缘底座上装一鼓形铁壳，铁壳的前面装有透明玻璃，后面装有标有刻度的毛玻璃，在金属壳中绝缘地安装一根金属杆，杆的上端为金属小球，金属杆下部的水平轴上装有金属指针，可绕水平轴灵活转动。

圆筒的底部有接线柱，可用来接地或与其他导体相连。

这样，静电计的金属外壳与内部的金属杆及金属指针构成了一个特殊的电容器。

2、工作原理及用途上的差异

（1）验电器原理及其用途

验电器的原理：

当验电器指示系统带电后，由于同种电荷的排斥力使指示器发生偏转，它是从力的角度来反映导体带电的情况。

当指示系统具有一定的偏转角时，其重力矩与静电力矩平衡。

验电器的主要用途：

检验物体是否带电，比较带电的种类以及所带电荷量的多少等。

（2）静电计原理及其用途

静电计的原理是：

从上面的构造分析，我们知道静电计本身其实就是一个电容器。

金属球、金属杆、指针相当于电容器的一个电极，金属外壳也相当于一个电极，它们之间是绝缘的。

其电容的大小由金属壳的几何尺寸的大小和金属杆及指针的长短、位置所决定。

因为指针的偏转角变化对静电计的电容的影响很小，故在指针转动过程中可近似认为静电计的电容值不变。

现将一个已充电电量为Q的平板电容器与静电计相连，此时指针和金属杆带正电，外壳的内表面将出现负的感应电荷，从而在金属杆与外壳间形成电场，指针表面的电荷受到电场力的作用，或者说受到来自杆上同种电荷的排斥力及金属盒内壁的异种电荷的吸引力，使得指针偏转，带电量越多，场强越强，则指针的偏角也越大。

当静电计电容保持不变时，静电计两极间的电势差U与其带电量Q成正比，U越大，Q越大，指针所受电场力越大，指针张角因此就越大。

由此可见，指针张角大小能定性地反映静电计两极间的电势差的大小。

由于静电计的特殊结构，使得它又具备验电器不能替代的某些作用。

它不但可以定性测量两导体的电势差（这点上面已有，故不重述），还可以定性测量某导体的电势，甚至还可以测量直流电路中的电势差。

既然静电计本身也是一个电容器，那么把静电计并联在直流电路中电势差不为零的两点时，静电计就会被充电，其指针就应该偏转。

但实际上在一般直流电路中，由于电压较小，使静电计所带电荷量很小，指针的偏转角度几乎觉察不出来。

静电计上的刻度一般是以静伏（静电系单位）为单位的，而1静伏=300V。

故一般的直流电压不能使静电计指针有明显偏转。

如果把静电计接在具有几百、几千甚至几万伏电压的直流电路中，静电计指针就会有明显偏转，也就可以用静电计来测量某两点间的电压。

例如把静电计接在感应圈的副线圈上，指针偏转角度会忽大忽小，说明感应圈输出的是不稳定的脉动电压。

由上可知，验电器与静电计从原理和用途上看都不能说是一回事，它们只是在结构上相似而已。

二、尖端放电

通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。

由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了。

空气电离后产生的负电荷就是电子，失去电子的原子带正电，叫做正离子。

由于同种电荷相互排斥,导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般说来分布是不均匀的，导体尖端的电荷特别密集,所以尖端附近空气中的电场特别强,使得空气中残存的少量离子加速运动。

这些高速运动的离子撞击空气分子，使更多的分子电离。

这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现象.

（1）电风车

（2）风吹蜡烛

（3）避雷针

（4）静电滚筒

主要部件是一个绝缘塑料筒和两个电极杆，塑料筒可绕中轴自由转动，两个电极杆安置在滚筒两边，且与滚筒中轴平行，每个电极杆上平行排列着一排垂直于电极杆但指向滚筒切线方向的金属尖端。

当两个针形电极杆间加上高压后，尖端处的电荷面密度最大，尖端附近的电场最强，强电场使尖端附近空气中残存的离子发生加速运动，被加速的离子与空气分子相碰撞，使空气分子电离，产生大量新的离子。

与尖端电荷异号的离子受吸引而趋向尖端，最后与尖端上电荷中和；与尖端电荷同号的离子受排斥而飞向远方形成“电风”，即电离的气体流，因此尖端放电所产生的带电粒子流推动滚筒而产生的力矩使滚筒转动。

四、韦氏起电机

1、结构

（1）带金属片圆盘一对

（2）电刷

（3）电梳、放电杆、莱顿瓶

2、原理

感应起电

3、极性判断

极性可随即变化

五、感应圈的原理

利用电磁感应原理将低压直流电变成高电压的装置。

工作原理，如图所示。

电源接通。

电流通过W、P、L1。

构成初级线圈L1回路。

此时，铁芯被磁化，吸引断续器簧片P，使L1断路，瞬时无电流通过，铁芯失磁，簧片P返回，L1回路再度接通。

在这样的重复过程中，L1中即产生断续的电流。

在通、断的瞬间，由于铁芯的磁通量随之变化，L1的自感电动势会猛增至约450伏。

由于次级线圈L2的线圈匝数为L1的130倍，于是在L2的两端即感生5－6万伏的高压，而且是显正负极性的。

出现正负极性的原因主要因为断续器是一机械开关，通、断电时间相差较大，在电路接通时，由于初级线圈的自感作用，电流增加较慢，铁芯磁通量变化也不快，因而次级线圈感生的电动势较小。

但在断电时，初级电流瞬间消失，铁芯磁通量变化极快，就产生远高于通电自感电动势的断电自感电动势。

所以，通、断电自感电动势的方向是相反的，因而在次级两端感生的电动势是呈正负极性的脉冲电压。

六、静电除尘

1、构造

2、工作原理

气体电离：

在电场作用下，空气中的中性原子变成正离子和电子。

你说的很对啊，金属圆筒与金属线之间的强电场使空气分子电离，由于金属线接负电，所以吸引电离出来的正离子，同时空气分子中电离出的电子质量非常小（相比于正离子，电子的质量要小的多的多），所以电子吸附在尘埃上（类似万有引力，小质量的被吸引），尘埃上积累一定量的电子后相当于尘埃本身带负电，被接正电的金属圆筒吸引，随后由于重力作用落入漏斗。

处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，

负离子的定义

空气负离子又称负氧离子，是指获得1个或1个以上的电子带负电荷的氧气离子。

空气主要成分是氮、氧、二氧化碳和水蒸气。

氮占78%，氧占21%，二氧化碳占0.03%，氮对电子无亲和力，只有氧和二氧化碳对电子有亲和力，但氧含量是二氧化碳含量的700倍，因此，空气中生成的负离子绝大多数是空气负氧离子。

它是空气中的氧分子结合了自由电子而形成的。

自然界的放电（闪电）现象、光电效应、喷泉、瀑布等都能使周围空气电离，形成负氧离子。

负离子具有极佳的净化除尘，减少二手烟危害、改善预防呼吸道疾病、改善睡眠、抗氧化、防衰老、清除体内自由基、降低血液粘稠度的效果，在医学界享有“维他氧”“空气维生素”“长寿素”“空气维他命”等美称。

气体电离

气体受到电场或热能的作用，就会使中性气体原子中的电子获得足够的能量，以克服原子核对它的引力而成为自自电子，同时中性的原子或分子由于失去了带负电荷的电子而变成带正电荷的正离子。

这种使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程叫做气体电离

空气是由氧、氮、水蒸气、二氧化碳等多种气体组成的气体混合物，在正常情况下，气体分子不带电（显中性），但在射线、受热及强电场的作用下，空气中的气体分子会失去一些电子，即所谓空气电离，这些失去的电子称为自由电子，它又会与其它中性分子相结合而得到电子的气体分子带负电，空气中，多种气体分子"俘获"电子的能力有强有弱，其中氧气和二氧化碳较强，而氧气在空气中占20%多，二氧化碳仅占0.03%。

因此空气电离产生的自由电子大部分被氧气获得。

在太阳紫外线、宇宙射线等的作用下，有些空气分子因失去电子而带正电，成为正离子；有些分子获得电子而带负电，成为负离子。

空气中有正离子，也有负离子。

在五十年前，负离子的含量高于正离子的含量。

随着现代文明的发展，负离子的量越来越少。

环境污染，使得正离子增多，而负离子减少。

现代人的文明病和负离子减少也有最直接的关系。

地面附近空气受宇宙射线（主要成份为电子和质子）幅射影响，

带磁性的氧分子容易吸引电子，形成负离子；极性水分子容易

吸引质子，形成正离子。

常温下氧气负离子稳定性差、水正离子稳定性来得高，这使

正电荷总数超过负电荷，使大气带正电，这也是大气电场为什

么总是带正电的道理。

空气如果是被人工电离的，那空气中有多少种成份就有多少种

含有这此元素的正离子，但不可能有负离子，负的只有自由电

子。

只要能量足够强大，可将它们的电子全部打光。

电晕放电：

大量离子运动在极附近形成的电流（在极附近呈蓝色光环）。

电场击穿：

电离范围扩大，极间空气全部电离，形成放电现象。

尘粒荷电：

离子运动时与尘粒碰撞，使尘粒荷电。

荷电尘粒在电场作用下，向阳极板运动，并沉积在阳极板上。

处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，利用此原理可以进行静电除尘．如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香．转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升．关于这个现象，下列说法中正确的是（ ）

A．烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上

B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小

C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大

D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电量不变，离铝板越近则加速度越大