物理探索与演示实验(电磁学).ppt

物理探索与演示实验 电磁学部分 绪 论 电磁学是经典物理学的一部分。它主要是研究电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷、电流的作用，以及电磁场对物质的各种效应。电磁现象是自然界存在的一种极为普遍的现象，它涉及到很广泛的领域；电的研究和应用在认识客观世界和改造客观世界中展现了巨大的活力。 实验一 静电感应盘 【实验目的】 演示起电盘被带电体感应而起电的现象。 【实验器材】 起电盘—是带有绝缘柄的铝质空心圆盘， 塑料板，绸子，氖泡，如图所示。 【实验原理】 感应起电原理如图所示 【实验操作与现象】 1．用绸子摩擦塑料板的上表面，塑料板便带上正电，然后将起电盘放在塑料板上，如图1所示。虽然起电盘与塑料板相接触，但两个面不会是完全密合的，仅少数点相接触，因此电荷的转移不是主要的，主要的仍是感应起电。由于起电盘与塑料板靠得很近，感应现象显著。 2．手持氖泡接触起电盘，氖泡的一端产生一次闪光。这是由于起电盘上感应的正电荷所产生的电位较高，足以使着火电压70伏左右的氖泡点燃放电。放电后，起电盘上正电荷消失。 3．移去氖泡，将起电盘提起，再用氖泡接触起电盘，则在氖泡的另一端产生一次闪光。这是由于提起起电盘，盘上的负电荷所产生的负电位使氖泡点燃放电。放电后，负电荷消失。 4．由于实验过程中塑料板上电荷的转移是极有限的，因此塑料板只需摩擦一次，不断地放下和提起起电盘，并不停地用氖泡接触起电盘，可以观察到氖泡两头交替地闪光。 实验二 感应起电机 实验三 静电跳球 实验四 静电摆球 实验五 尖端放电 【实验目的】 演示蜡烛的火焰在“电风”的吹动下的偏移，富兰克林轮在“电风”的推动下的的转动，观察尖端放电现象。 【实验仪器】 直流高压电源、尖端放电装置 实验六 避雷针工作原理 【实验目的】 演示尖端放电现象，理解避雷针的工作原理。 【实验器材】 避雷针演示仪，直流高压电源，如图所示。 【实验原理】 当避雷针演示仪接通静电高压电源后，绝缘支架上的两个金属板带电了。在极板间电压超过1万伏时，由于导体尖端处电荷密度大于金属球处，所以金属尖端附近形成了强电场，在强电场的作用下，空气分子被电离，致使极板和金属尖端之间处于连续的电晕放电状态，即尖端放电现象。而金属球与极板间的电场不能达到火花放电的数值，故金属球不放电。在实际应用中，尖端导体与大地相连接，云层中的电荷通过导体与大地中和，因而避免了人身和物体遭到雷电等静电的伤害。如高层建筑物顶端都安有高于屋顶物体的金属避雷针。 【实验操作与现象】 1．将静电高压电源正、负极分别接在避雷针演示仪的上下金属板上，把带支架的金属球放在金属板两极之间。接通电压，金属球与上极板间形成火花放电，可听到劈啪声音，并看到火花。若看不到火花，可将电源电压逐渐加大。演示完毕后，关闭电源。 2．用带绝缘柄的电工钳将带支架的顶端呈圆锥状（尖端）的金属物体也放在金属板两极之间，此时金属球和尖端的高度一致。接通静电高压电源，金属球火花放电现象停止了，但可听到丝丝的电晕放电声，看到尖端与上极板之间形成连续的一条放电火花细线。若看不到放电火花细线，将电源电压提高。演示完毕后，关闭电源。 实验七 电介质极化 【实验目的】 模拟电偶极子在电场中定向排列，说明电介质极化的微观机理。 【实验器材】 电介质极化演示仪，感应起电机，如图所示， 实验八 电介质对电容的影响 【实验目的】 利用圆形的平行板电容器与一圆形电介质，演示电介质对电容的影响。 【实验器材】 【实验原理】 当一个平行板电容器中间介质为空气时，则电容量为C，如果在两极板之间插入一介电常数为ε的电介质，则电容量将增大ε倍，这是因为电介质插入电场中，由于电介质的极化，而产生束缚电荷，削弱了原来的电场强度，在电容器极板上电量不变的情形下，两极板间场强的削弱，都会导致电位差的下降，由公式C=Q/U可知，U的减小，Q保持不变，则引起了C的增大。 【实验操作与现象】 将电容器的两极板接在验电器上，然后用起电机将两极板带电，这时将看到验电器指针有一定偏转角，验电器指针偏转角的大小反映了电容器两极板间电位差的大小。带上电后，拿掉充电的起电机，把用环氧树脂板做成的电介质，插入两极板之间，这时，验电器的偏转角将减小，这说明电容器极板的电位差减小了，由于起电机已拿掉，电容器极板与外界绝缘，极板上的电荷量Q保持不变，所