开尔文滴水感应起电机制作与技巧
Vol.23No.2 物 理 教 师 第23卷第2期 (2002) PHYSICSTEACHER 2002年
开尔文滴水感应起电机制作与技巧
吴家宽
(巢湖师专物理系,安徽巢湖 238000)
开尔文滴水感应起电机是物理学史中一个很有趣的实验.由于水中含有大量的正负离子,并且水在流动过程中,因摩擦会产生微弱的带电现象,通过感应和正反馈,使得正负电荷分别在二接水桶中迅速积累增多,可达到相当高的静电电位,可由验电器等显示装置将其表现出来,甚至可用尖端放电的方法产生电火花.我们经过长期的探索和改进,摸索出一种用简单的材料和工具进行自制的方法.其特点是:取材容易,制作简单,性能稳定可靠,效果明显,新颖有趣,对提高学生的分析能力很有帮助.现简介如下.
(3)绝缘垫的截取 将铁质饮料罐截去底部,用其作为割具,在厚度适当的泡沫塑料上旋割下若干个圆片,作为接水桶的绝缘垫.
(4)组装 取一泡沫板(或木板)作底板,在中间固定供水桶支座,绝缘垫置于其两侧,二接水桶分置于绝缘垫上,将双绞线略作弯折,使与一桶相连之圆环位于另一桶正上方.验电器置于一桶边.
3 检查及演示
确认验电器正常后,将一根湿细线对折,端头置接水桶内,对折端置于验电器上;取一塑料方便袋,用手快速摩擦使其带电,将其上电荷传至验电器上,若验电器指针偏转并保持稳定,说明接水桶绝缘可靠,即可进行演示.
供水桶装满水拧紧盖,置于桶座上.拧松瓶盖,使滴嘴流出细水流穿过感应环进入接水桶,片刻后可见验电器指针偏转至极限位置不动.用手触碰连接的湿细线使指针复位,手离开后指针很快又偏转.在环境光线较暗时,使一侧的环靠近其下方的桶,可看到火花放电,此时验电器的指针作间歇偏转.
1 材料及工具
易拉罐3只、粗铜线2m、圆珠笔芯2根、矿泉水瓶3只、泡沫塑料板若干、水泥、502瞬间胶.剪刀、老虎钳、锉.
2 制作及组装
(1)供水桶和滴嘴的制作 矿泉水瓶下部径向打2孔,圆珠笔芯2支去珠并使其畅通,在火焰上加热弯成直角,将尾端插入瓶中如图1.另取2只矿泉水瓶,分别截取下部瓶身,逐个套接,将最下面的瓶底固定于底板上,作供水桶的支座
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4 制作技巧
(1)做好静电实验必须满足两个基本条件:一是装置中不能有毛刺或尖端,本实验中的电荷是逐渐积累起来的,防止对空气的尖端放电尤显重要.本装置采用的办法是将连接导线对折,使得导线端头置于桶内用水泥封固.二是相关部件绝缘要好.本实验中因落下的水滴受到电荷间的引力和斥力作用而散开并偏转,水会溅至接水桶外,易破坏绝缘性能,采用泡沫塑料作绝缘垫,制取简单,更换方便.
(2)经过试验,接水桶不用金属桶,换用饮料瓶亦可;感应环和连接导线用粗铁丝亦可;易拉罐去底和盖,取罐身套于感应环上,效果更佳;用验电幡显示更形象生动.验电幡可用乒乓球粘贴细彩线制成.验电器可用易拉罐和泡沫自制.
参考文献:
1 段吉辉,徐从兰,孟昭敏等.物理学演示实验手册.济南:山
东教育出版社,1987.282.
图1
(2)接水桶和感应环的制作及连接 易拉罐去盖作接水桶.取截面积约3mm2的粗铜线1m,中部在易拉罐上绕2圈后取下成圆环状,其余导线双线并绕,将双绞线端头做成圆环状,置于易拉罐底部,此时应使双绞线从罐口到圆环处的长度约为25cm.将调拌好的水泥砂浆倒于桶中震实,须使双绞线端头埋于砂浆中,待水泥凝固后即可将其固定.照此方法做2个.
(收稿日期:2001-06-08)