CN108806432A - 一种高压静电实验套件及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本方法涉及中学物理实验领域，具体为一种高压静电实验套件及其使用方法；包括静电屏蔽装置；所述静电屏蔽装置包括内部上端开口的圆柱形金属筒与外部上端开口的金属屏蔽筒；所述金属筒与屏蔽筒相互不接触且屏蔽筒的高度比金属筒高度高；所述金属筒与屏蔽筒的底部均固定在绝缘底座上。所述静电屏蔽装置放置在翘边铝板的表面；所述翘边铝板通过第一鳄鱼夹线与屏蔽筒相连；所述翘边铝板连接第二鳄鱼夹线的一端，第二鳄鱼夹线的另一端与电荷传感器负极相连，电荷传感的正极与金属桶相连。本装置通过电荷传感器采集的电荷量数据与时间的数据结合起来画出电荷量‑时间的图形，可以形象生动的阐述电荷的转移产生等等现象。

Description

一种高压静电实验套件及其使用方法

技术领域

本方法涉及中学物理实验领域，具体为一种高压静电实验套件及其使用方法。

背景技术

静电实验是高中物理中的一个重要内容，是电学的基础。通过静电实验学生会对电流有理性的认识。在教学中多用传统摩擦起电的方法产生电荷，通过观察金属箔验电器的金属箔张开以及张开的夹角的大小来感性的认识电荷转移的情况。同时，研究静电产生的常用实验还有法拉第冰桶实验，该实验装置与上述的金属箔一样只能提供对静电现象进行简单的感性认识。由于传感器参与实验越来越广泛，并且由于传感器对电荷的测量的精确性，本方法提供一种利用传感器技术与高压电源配合进行静电实验套件及其应用方法，通过该套件可以完成中学物理关于静电的所有实验。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

本方法提供一种高压静电实验套件及其使用方法，利用本装置可以完成一系列的静电实验，改变了传统的定性的研究静电实验的方法。并且将本装置通过电荷传感器采集的电荷量数据与时间的数据结合起来画出电荷量-时间的图形，可以形象生动的阐述电荷的转移产生等等现象。

2、技术方案：

一种高压静电实验套件，其特征在于：包括静电屏蔽装置；所述静电屏蔽装置包括内部上端开口的圆柱形金属筒与外部上端开口的金属屏蔽筒；所述金属筒与屏蔽筒相互不接触且屏蔽筒的高度比金属筒高度高；所述金属筒与屏蔽筒的底部均固定在绝缘底座上。

所述静电屏蔽装置放置在翘边铝板的表面；所述翘边铝板通过第一鳄鱼夹线与屏蔽筒相连；所述翘边铝板连接第二鳄鱼夹线的一端，第二鳄鱼夹线的另一端与电荷传感器负极相连，电荷传感器的正极与金属桶相连。还包括高压电源发生器，导电球、绝缘球、电荷分离器、橡胶棒、亚克力棒、毛皮、丝绸、棉质方巾。

一种高压静电实验套件的使用方法；其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：用湿布擦拭金属筒，翘边铝板和导电球；打开高压电源开关，高压电源输出端与导电球接触1-3秒进行充电；将充电后的导电球深入金属筒 内部，且不接触金属筒，记录电荷传感器的监测数据；

步骤二：将导电球从金属筒中拿出，接触地面移走电荷；将高压电源的输出电压进行调整后对导电球进行充电；将充电后的金属球再次伸入金属筒内，且不接触金属筒，记录此时电荷传感器的监测数据；

步骤三：对高压电源的输出电压进行调整，记录不同电压时，电荷传感器的监测数据；

步骤四：对上述步骤一至步骤三中测量的电荷传感器中的数据进行分析，从而探究出导电球充电电压大小和感应电荷大小的关系。

进一步地，包括以下步骤：

步骤五：用湿布擦拭金属笼，翘边铝板和二个导电球；打开高压电源开关，将高压电源输出端与第一导电球接触1-3秒进行充电，将导电球深入金属筒内部，记录此时电荷传感器的电荷数量的监测数据即为转移前的电荷数量；

步骤六：将第一导电球从金属筒中拿出，与第二导电球相互接触后，分别将两个导电球放入金属筒中，分别记录电荷传感器测量的后来第一导电球与第二导电球的电荷量的监测数据，即经过电荷转移后两个导电球的电荷数量；

步骤七：用湿布擦拭金属笼，底座和二个导电球，消除先前的电荷影响；调节高压电源的电压值，进行步骤五到步骤七的实验；至少进行步骤五至步骤七的实验三次；

步骤八：分析每次实验转移前电荷数与转移后两个导电球的电荷数，得出电荷转移的规律。

进一步地，包括以下步骤：步骤八：用湿布擦拭金属笼，底座和二个导电球，消除先前的电荷影响；打开高压电源开关，将高压电源输出端与第一导电球接触1-3秒进行充电，将第一导电球深入金属筒 内部，记录电荷传感器的监测数据即为第一导电球的电荷量。

步骤九：将第一导电球从金属筒中拿出，与第二导电球靠近但不接触，随后将第二导电球放入金属筒中，记录传感器的监测数据即为第二导电球的电荷量。

步骤十：比较步骤七与步骤八的两次电荷量以及两次电荷的正负，从而得出感应起电的原因。

3、 有益效果：

（1）本方法采用的是高压静电发生电源。高压电源是一种现代化的电学实验仪器。它通过输出端向导电球充电，当导体接触带高压的线路时，由于电势差的原因，会打破自身的电荷平衡，带上与电极极性相同的电荷。通过调节高压电源的电压高低可以实现对实验进行多次测量。

（2）本方法采用在金属筒外套金属屏蔽筒，可以防止外界的电场对实验结果影响。

（3）本方法采集电荷多少的装置为电荷传感器，电荷传感器与金属筒相连。通过传感器将采集的数据发送至与数据处理装置，数据处理装置通过有线或者无线的方法将数据发送至电脑，并显示出来。

附图说明

图1为本套件的组件图；

图2为本方法的实施例一的实验结果图；

图3为本方法的实施例二的实验结果图；

图4为本方法的实施例山的实验结果图。

具体实施方式

如附图1所示，一种高压静电实验套件，包括：上端开口的静电屏蔽筒1；所述静电屏蔽筒内部固定上端开口的圆柱形金属筒2；所述静电屏蔽筒的底部为绝缘底座3，四周为网状的金属结构；所述静电屏蔽筒放置在翘边铝板4的表面；所述翘边铝板通过鳄鱼夹线5与静电屏蔽筒1相连；所述翘边铝板连接另一个鳄鱼夹线的一端，另一个鳄鱼夹线的另一端与电荷传感器负极相连，电荷传感器的正极与金属桶相连； 还包括高压电源发生器7，导电球8、绝缘球9、电荷分离器、橡胶棒、亚克力棒、毛皮、丝绸、棉质方巾。

本方法中的电荷分离器、橡胶棒、亚克力棒、毛皮、丝绸、棉质方巾用于探究摩擦起电、电荷特性等静电学系列实验，高压电源发生器用于探究感应起电、电荷转移等需高压的静电系列实验。下面的实施例是针对高压静电学实验对本装置进行说明。

实施例一：

实验名称：高压充电实验

实验目的:通过高压充电感应电荷，探究感应电荷大小和电压大小的关系

实验原理:

当导体接触带高压的线路时，由于电势差的原因，会打破自身的电荷平衡，带上与电极极性相同的电荷。

实验器材:计算机，数据采集器，高压静电实验套件。

实验步骤：

步骤一：用湿布擦拭金属筒，翘边铝板和导电球；打开高压电源开关，高压电源输出端与导电球接触1-3秒进行充电；将充电后的导电球深入金属筒内部，且不接触金属筒，记录电荷传感器的监测数据；

步骤二：将导电球从金属筒中拿出，接触地面移走电荷；将高压电源的输出电压进行调整后对导电球进行充电；将充电后的金属球再次伸入金属筒内，且不接触金属筒，记录此时电荷传感器的监测数据；

步骤三：对高压电源的输出电压进行调整，记录不同电压时，电荷传感器的监测数据；

步骤四：对上述步骤一至步骤三中测量的电荷传感器中的数据进行分析，从而探究出导电球充电电压大小和感应电荷大小的关系。

实验现象：由附图2可知，当导电球接触带高压物体后，会使自身带上电荷，并且电压越高，充电感应电荷越大。

实施例二：

实验名称：电荷转移

实验目的：探究接触电荷转移

实验原理：当带电金属接触另外一个金属后，电荷会发生转移，最后电荷会根据物体形状大小分布。

实验器材：计算机，数据采集器，高压静电实验套件。

步骤五：用湿布擦拭金属笼，翘边铝板和二个导电球；打开高压电源开关，将高压电源输出端与第一导电球接触1-3秒进行充电，将导电球深入金属筒内部，记录此时电荷传感器的电荷数量的监测数据即为转移前的电荷数量；

步骤六：将第一导电球从金属筒中拿出，与第二导电球相互接触后，分别将两个导电球放入金属筒中，分别记录电荷传感器测量的后来第一导电球与第二导电球的电荷量的监测数据，即经过电荷转移后两个导电球的电荷数量；

步骤七：用湿布擦拭金属笼，底座和二个导电球，消除先前的电荷影响；调节高压电源的电压值，进行步骤五到步骤七的实验；至少进行步骤五至步骤七的实验三次；

步骤八：分析每次实验转移前电荷数与转移后两个导电球的电荷数，得出电荷转移的规律。

实验结果：由附图3可知，当带点球接触不带电小球后，电荷产生转移，由于导电球外形大小差距小，所以电荷近似平均分配。

实施例三：

实验名称：感应电荷实验

实验目的：探究感应电荷的产生

实验原理：带电物体周围存在电场，当一个不带电导体靠近带电物体时，与带电物体靠近的位置会聚集异种电荷排斥同种电荷，此时用手接触导体，便会引走其排斥的电荷。

实验器材：计算机，数据采集器，高压静电实验套件。

实验步骤：步骤八：用湿布擦拭金属笼，底座和二个导电球，消除先前的电荷影响；打开高压电源开关，将高压电源输出端与第一导电球接触1-3秒进行充电，将第一导电球深入金属筒内部，记录电荷传感器的监测数据即为第一导电球的电荷量；

步骤九：将第一导电球从金属筒中拿出，与第二导电球靠近但不接触，随后将第二导电球放入金属筒中，记录传感器的监测数据即为第二导电球的电荷量；

步骤十：比较步骤七与步骤八的两次电荷量以及两次电荷的正负，从而得出感应起电的原因。

实验结果：由附图4可知，带正电的导电球a靠近不带电的导电球b，导电球b靠近的一端会聚集负电荷，排斥正电荷，此时用手接触导电球b，会将其正电荷引走，因此导电球b会带上负电荷。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (4)

1.一种高压静电实验套件，其特征在于：

包括静电屏蔽装置；所述静电屏蔽装置包括内部上端开口的圆柱形金属筒与外部上端开口的金属屏蔽筒；所述金属筒与屏蔽筒相互不接触且屏蔽筒的高度比金属筒高度高；所述金属筒与屏蔽筒的底部均固定在绝缘底座上；

所述静电屏蔽装置放置在翘边铝板的表面；所述翘边铝板通过第一鳄鱼夹线与屏蔽筒相连；所述翘边铝板连接第二鳄鱼夹线的一端，第二鳄鱼夹线的另一端与电荷传感器负极相连，电荷传感器的正极与金属桶相连；

还包括高压电源发生器，导电球、绝缘球、电荷分离器、橡胶棒、亚克力棒、毛皮、丝绸、棉质方巾。

2.根据权利要求1所述的一种高压静电实验套件的使用方法；其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：用湿布擦拭金属筒，翘边铝板和导电球；打开高压电源开关，高压电源输出端与导电球接触1-3秒进行充电；将充电后的导电球深入金属筒内部，且不接触金属筒，记录电荷传感器的监测数据；

步骤二：将导电球从金属筒中拿出，接触地面移走电荷；将高压电源的输出电压进行调整后对导电球进行充电；将充电后的金属球再次伸入金属筒内，且不接触金属筒，记录此时电荷传感器的监测数据；

步骤三：对高压电源的输出电压进行调整，记录不同电压时，电荷传感器的监测数据；

步骤四：对上述步骤一至步骤三中测量的电荷传感器中的数据进行分析，从而探究出导电球充电电压大小和感应电荷大小的关系。

3.根据权利要求1所述的一种高压静电实验套件的使用方法；其特征在于：包括以下步骤：

步骤五：用湿布擦拭金属笼，翘边铝板和二个导电球；打开高压电源开关，将高压电源输出端与第一导电球接触1-3秒进行充电，将导电球深入金属筒内部，记录此时电荷传感器的电荷数量的监测数据即为转移前的电荷数量；

步骤六：将第一导电球从金属筒中拿出，与第二导电球相互接触后，分别将两个导电球放入金属筒中，分别记录电荷传感器测量的后来第一导电球与第二导电球的电荷量的监测数据，即经过电荷转移后两个导电球的电荷数量；

步骤七：用湿布擦拭金属笼，底座和二个导电球，消除先前的电荷影响；调节高压电源的电压值，进行步骤五到步骤七的实验；至少进行步骤五至步骤七的实验三次；

步骤八：分析每次实验转移前电荷数与转移后两个导电球的电荷数，得出电荷转移的规律。

4.根据权利要求1所述的一种高压静电实验套件的使用方法；其特征在于：包括以下步骤：

步骤八：用湿布擦拭金属笼，底座和二个导电球，消除先前的电荷影响；打开高压电源开关，将高压电源输出端与第一导电球接触1-3秒进行充电，将第一导电球深入金属筒内部，记录电荷传感器的监测数据即为第一导电球的电荷量；

步骤九：将第一导电球从金属筒中拿出，与第二导电球靠近但不接触，随后将第二导电球放入金属筒中，记录传感器的监测数据即为第二导电球的电荷量；

步骤十：比较步骤七与步骤八的两次电荷量以及两次电荷的正负，从而得出感应起电的原因。