静电技术在大学物理实训中的项目设计

2016-02-04王莉

山西青年 2016年19期

关键词：拉夫大学物理胶带

王　莉

沈阳工业大学，辽宁　辽阳　111003

静电技术在大学物理实训中的项目设计

王莉

沈阳工业大学，辽宁辽阳111003

大学物理实训已经在我校开展四年了，在多年的教学实践中，总结出了一套可操作性较强的大学物理实验研究性教学新模式。有助于提高学生的自主学习能力和科学研究意识。

大学物理；物理实训；静电技术；静电起电机

职业教育应以能力为本位，已得到了广大教师的认同。要培养和锻炼学生的能力就必须要突破原来主要注重讲解知识点的固有框架，把学生的综合能力、职业能力、创新能力等的培养和发展放在首位。

一、自己主动学习知识和获取知识的能力

给学生创造各种机会来获取知识，预习的范围不仅在课本跟教材，还可以扩展到图书馆跟互联网。在课前给他们介绍校内图书馆的很多资源，比如超星数字图书馆，中国知网的镜像资源。同时还介绍一些搜索引擎，比如百度，谷歌，以及能够查询英文文献的一些网站。

二、科学思维能力

通过一些思考题来启发同学们的兴趣，引导思考。比如，静电的产生方式有哪些、静电在生活中的常见现象，静电在生活生产中有哪些的应用，静电能够产生哪些危害，静电除尘的原理，静电起电机的类型。

三、实践动手能力

利用静电原理来自制起电机，同学们通过查阅资料，设计了范式起电机，韦氏起电机，以及滴水起电机。

(一)各种静电起电机原理

1.滴水起电机装置。该装置利用水滴滴落过程中对电压差的正反馈作用和水中正负离子对由电偶极子产生的静电场的静电感应作用来形成电压差。水滴可能偶然地把极微量的电荷带给金属水桶，由于该装置的结构设计得十分巧妙，正电荷水滴附近的金属环感应出负电荷，同理负电荷水滴附近的金属环感应出正电荷，形成正反馈，电荷随时间的积累量呈将指数增长，短时间内在两桶间形成极高的电势差。

2.维氏起电机即维姆霍夫起电机。维氏起电机即维姆霍夫起电机是电学中常见的实验装置，该装置用途非常广泛，不仅可以演示起电，还可以比较明显的演示两电极的放电现象。维氏感应起电机的由两块圆形的中有空隙旋转盘叠在一起组成，一般是有机玻璃材料制成。每块旋转盘的外表面上都贴有铝片箔，铝箔的分布是以圆心为中心对称的。两旋转盘分别固定在两个受动轮上，通过皮带与驱动轮连接在一起。把两根皮带中的一根是交叉放置的，以达到转动驱动轮时两旋转盘的转向是相反的。

3.范式起电机。范式起电机又名范德格拉夫起电机，还被称作范德格拉夫加速器，是一种用来产生高压静电的仪器。该装置是在1929年由美国的荷兰裔物理学家罗伯特·杰米森·范德格拉夫所发明的。范德格拉夫起电机的工作原理是摩擦起电，具体的说是上辊与胶带摩擦而使上辊产生负电荷，该电荷被上辊旁的上集电梳收集到电极球上；同时胶带与上辊摩擦而使胶带产生正电荷，胶带将该正电荷输送到下辊，下辊旁的下集电梳把正电荷收集后导入大地。而下辊与胶带摩擦使下辊产生的负电荷，通过胶带被运给上辊，也被上集电梳所收集，最后也收集到电极球上；胶带与下辊摩擦而使胶带产生正电荷，下辊旁的下集电梳把正电荷收集后导入大地。电机不停地工作使上下辊持续转动，不断集电，并通过传送带将产生的静电荷传送到金属球表面。范德格拉夫起电机理论上可以获得极大的电压，随着材料和技术的进步，当代的范德格拉夫起电机电势可以高达500万伏特。

(二)利用静电原理制作实验装置

让学生通过自己掌握的知识设计静电除尘，静电植绒，电风车，电风吹焰等实验装置。

1.静电除尘装置。当充满烟尘的广口瓶接通高压电源的时候，广口瓶内的两电极板间产生极强的电场，强电场使空气发生电离，产生阴离子和阳离子。负离子碰到烟尘微粒使它带负电，在电场力的作用下，向正极移动；正离子碰到烟尘微粒使它带正电，在电场力的作用下，向负极移动。这样烟尘就被吸附到两电极板上，就达到了除尘的效果。

2.静电植绒装置。静电植绒的实验原理是利用同性电荷相互相斥，异性电荷相互吸引的原理。用有机玻璃板做成一个正方体的侧面，上下两个底面用金属板制成，两金属板与直流高压电源的两极相连接。将绒毛放在容器中接负极的下极板上，把需要植绒的物体放在接正极的极板上。当接通电源以后，两极板之间形成一个高压电场，负极板上的绒毛带上负电荷，带负电的绒毛由于异性相吸，被吸引到正极板上，而正极板上黏贴着被植绒的物体，从而达到静电植绒的效果。

3.电风车。电风车是风轮尖端聚集大量静电荷，形成强电场，将空气分子电离，形成向外吹的电离风，其反冲力推动风轮旋转。但该实验要求风轮面要平，尖是端要尖，静电电压要高，否则就看不到风轮的旋转。

4.电风吹焰。电风吹焰的原理与电风车相同。它是靠尖形放电针形成的电离风吹动火焰，以便观察电离的存在。这个实验成功的关键也是要求较高的静电电压。