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開爾文滴水感應起電機制作與技巧
Vol.23No.2 物 理 教 師 第23卷第2期 (2002) PHYSICSTEACHER 2002年
開爾文滴水感應起電機制作與技巧
吳家寬
(巢湖師專物理系,安徽巢湖 238000)
開爾文滴水感應起電機是物理學史中一個很有趣的實驗.由于水中含有大量的正負離子,并且水在流動過程中,因摩擦會產生微弱的帶電現象,通過感應和正反饋,使得正負電荷分別在二接水桶中迅速積累增多,可達到相當高的靜電電位,可由驗電器等顯示裝置將其表現出來,甚至可用尖端放電的方法產生電火花.我們經過長期的探索和改進,摸索出一種用簡單的材料和工具進行自制的方法.其特點是:取材容易,制作簡單,性能穩定可靠,效果明顯,新穎有趣,對提高學生的分析能力很有幫助.現簡介如下.
(3)絕緣墊的截取 將鐵質飲料罐截去底部,用其作為割具,在厚度適當的泡沫塑料上旋割下若干個圓片,作為接水桶的絕緣墊.
(4)組裝 取一泡沫板(或木板)作底板,在中間固定供水桶支座,絕緣墊置于其兩側,二接水桶分置于絕緣墊上,將雙絞線略作彎折,使與一桶相連之圓環位于另一桶正上方.驗電器置于一桶邊.
3 檢查及演示
確認驗電器正常后,將一根濕細線對折,端頭置接水桶內,對折端置于驗電器上;取一塑料方便袋,用手快速摩擦使其帶電,將其上電荷傳至驗電器上,若驗電器指針偏轉并保持穩定,說明接水桶絕緣可靠,即可進行演示.
供水桶裝滿水擰緊蓋,置于桶座上.擰松瓶蓋,使滴嘴流出細水流穿過感應環進入接水桶,片刻后可見驗電器指針偏轉至極限位置不動.用手觸碰連接的濕細線使指針復位,手離開后指針很快又偏轉.在環境光線較暗時,使一側的環靠近其下方的桶,可看到火花放電,此時驗電器的指針作間歇偏轉.
1 材料及工具
易拉罐3只、粗銅線2m、圓珠筆芯2根、礦泉水瓶3只、泡沫塑料板若干、水泥、502瞬間膠.剪刀、老虎鉗、銼.
2 制作及組裝
(1)供水桶和滴嘴的制作 礦泉水瓶下部徑向打2孔,圓珠筆芯2支去珠并使其暢通,在火焰上加熱彎成直角,將尾端插入瓶中如圖1.另取2只礦泉水瓶,分別截取下部瓶身,逐個套接,將最下面的瓶底固定于底板上,作供水桶的支座
.
4 制作技巧
(1)做好靜電實驗必須滿足兩個基本條件:一是裝置中不能有毛刺或尖端,本實驗中的電荷是逐漸積累起來的,防止對空氣的尖端放電尤顯重要.本裝置采用的辦法是將連接導線對折,使得導線端頭置于桶內用水泥封固.二是相關部件絕緣要好.本實驗中因落下的水滴受到電荷間的引力和斥力作用而散開并偏轉,水會濺至接水桶外,易破壞絕緣性能,采用泡沫塑料作絕緣墊,制取簡單,更換方便.
(2)經過試驗,接水桶不用金屬桶,換用飲料瓶亦可;感應環和連接導線用粗鐵絲亦可;易拉罐去底和蓋,取罐身套于感應環上,效果更佳;用驗電幡顯示更形象生動.驗電幡可用乒乓球粘貼細彩線制成.驗電器可用易拉罐和泡沫自制.
參考文獻:
1 段吉輝,徐從蘭,孟昭敏等.物理學演示實驗手冊.濟南:山
東教育出版社,1987.282.
圖1
(2)接水桶和感應環的制作及連接 易拉罐去蓋作接水桶.取截面積約3mm2的粗銅線1m,中部在易拉罐上開爾文滴水感應起電機制作與技巧繞2圈后取下成圓環狀,其余導線雙線并繞,將雙絞線端頭做成圓環狀,置于易拉罐底部,此時應使雙絞線從罐口到圓環處的長度約為25cm.將調拌好的水泥砂漿倒于桶中震實,須使雙絞線端頭埋于砂漿中,待水泥凝固后即可將其固定.照此方法做2個.
(收稿日期:2001-06-08)
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