趣味静电仪器的制作与实验，本文主要内容关键词为：静电论文,趣味论文,仪器论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、荧光验电器
1.材料
一个8瓦日光灯管，新旧不限。
2.实验
（1）手持日光灯管一端，用塑料纸或毛皮等物迅速摩擦灯管，灯管发出明亮的闪光，恰似要燃亮一般。用手摩擦也可。这是因为在带电体的影响下，日光灯内的汞蒸气处于电离状态，离子在带电体迅速移动时也随之迅速移动，而形成电流，离子碰撞发出的紫外线使荧光物质发光。
（2）如果让带电体迅速靠近或远离灯管时，灯管也会发出闪光。在电场中的日光灯管中的汞蒸气处于电离状态，整个灯管相当于一个导体，在带电体靠近或远离时，导体中的载流子会发生相应移动，这是放在电场中的金属发生静电感应现象的机制，可根据其闪光得以验证。在电荷平衡后则不再闪光。
同理，手持日光灯管在任何带电体（要有一定强度）的周围挥动，都可看到灯管发出荧光。不断挥动则不断闪光，其发光之能量由挥动之机械能支付。不挥动则不闪光。
二、感应闪光铃
1.制作
用木板钉一木架。架高约40cm，通过长约35cm的两根细线（一根也可以）吊一个氖管，使氖管水平悬挂。在距氖管两端约1～3毫米处分别放置一个自行车铃盖，如图1所示。为使铃声清脆，铃盖除跟木底板绝缘外还要让铃盖悬空，可用塑料纸卷细末杆插入铃盖的中心轴，再将木杆固定在木板上。最后，要调整氖管高度，使氖管恰处于两铃盖中间靠铃盖边缘处。
自行车铃盖也可用其他金属物（例如易拉罐、罐头盒等）代替，用金属片时最好剪成圆板状，以避免尖端放电，只是声音不如铃声清脆好听。放金属物时也要保持与木底板的绝缘，可用塑料纸或硬泡沫塑料等绝缘物隔垫之。
2.实验
（1）用绝缘性能好的塑料摩擦起电或用绝缘金属片通过感应起电，让该带电体从外端靠近一铃，则见氖管在两铃间不断振动敲击两铃而发声，同时氖管发出闪光（如在光亮房间则需稍加遮光才可以看到）。
（2）当氖管不再振动时，说明两端铃因感应而带的电已不足引起振动。此时，如果移开施感体，则会发现在没有施感体的参与下，氖管又振动起来，且其发光区发生了明显变化。
（3）此时如果使施感体再次靠近左铃往往不容易使氖管振动，这是因为左铃已带上异种电荷，再施感则新生之负电较少，故效果不明显。如果让带电体靠近右铃外侧，氖管振动效果明显，若轮番将带电体靠近左铃和右铃外侧，可使氖管不停地振动，发出清脆悦耳的铃声，并不断发出闪光。
（4）当带电体紧靠左铃外侧氖管不断振动时，以手触左铃则氖管停止振动。拿走带电体则氖管又开始振动，并将左铃剩下的电荷传递给右铃。此时如果手持另一氖管的一端，使另端接触右铃，由氖管闪光区可判断右铃确实带上了由左铃传过来的正电荷（塑料纸通常带负电，感应起电使左铃带上正电）。由于接触，右铃电荷逃逸，但只要氖管继续振动，仍要搬运电荷，隔一会儿再试，右铃还能使手持之氖管闪光。当氖管不振动时，用手持之氖管或试电笔触左铃仍闪光，证明左铃仍残留电荷，但电场力不足以使氖管振动。
上述氖管在电场中振动之现象，还可以用静电势能与静电动能的相互转化来解释，从而使静电势能的概念获得定性的证明。
（5）用导线将两铃连通，再重复上述操作，则无论施感体靠近或远离铃盖，氖管都不再振动。此时如用试电笔触铃可发现它们仍然带电，说明静电感应现象仍存在。此实验是对电场中金属感应理论的证实。
三、静电演示盒
1.制作
选用生日蛋糕的透明塑料盒盖，大小均可，剪一块跟盒盖底面积相当的马粪纸或其他薄纸，在中间开一个直径约2cm的圆洞，作为出入口。用纸条将底与盒盖糊在一起。再用各色金属纸（或用包烟的铝箔代替）、各色薄纸，按图2形式剪成小“纸人”，高约1cm～2cm，宽约1cm左右，重要的是要将其首、手、足剪成尖端，以提高演示效果，还要将手臂和腿前后折叠，使其能保持立体状，有利实验。也可按此原则剪成其它小动物形状。然后将这些“小人”或“小动物”通过进出口放入静电演示盒。
2.实验
（1）以手或其它干燥物稍加摩擦盒盖，便可看到“小人”等物纷纷跳动，姿势各异，引人入胜。其原因可用摩擦生电、静电感应、介质极化、导体性质与尖端电荷密度大等静电知识予以解释。
若所剪之“小人”高低不等，轻重不一，还可以定性观察出感应或电力跟距离的关系，以及电力与重力间的关系。
（2）剪几片大小与“小人”相当的圆纸片放入盒中，摩擦盒盖后，看到圆纸片不易跳起，有时跳起后又粘在盖上不掉，而跳起时常常是竖直态，请自己解释原因。
（3）用带电的塑料纸靠近或远离盒盖时，可以看到“小人”跳动。用手、金属或不带电的塑料纸靠近粘在盒盖上的“小人”，可以赶走它们，这是因为静电感应或介质极化形成的附加电场，抵消原电场作用的缘故。用手赶动“小人”，可适当控制它的行踪，直至使它掉入出口。也可在底板上画出八卦图或其它分格图，以手控制“小人”按次序跳动。本仪器可供少年儿童作趣味游戏用。
四、电容静电计
1.制作
静电计是测量电势或电压的仪器。选用两个食品罐头的铁瓶盖和硬塑料瓶，将瓶盖放在炉上加热，趁热使其镶入塑料瓶，使两盖保持平行、间距2cm～4cm（如图3所示）。一盖上端开两小孔，穿过一根铁丝，在铁丝上卷悬一个宽约0.4cm、长3cm～4cm的包香烟的铝箔条，铝箔可以在铁丝上自由转动，在自由下垂时与盒盖平面相贴。
2.实验
（1）使两平行板分别与正负带电体联结，或用摩擦过的塑料纸靠近一板，通过感应起电法使两板带电，则铝箔离开板面张开一个角度。由于此静电计构成平行板电容，其间场强跟两板电压成正比（E=V/d），故铝箔张角跟两板电压成正变关系，从而反映了电压的大小。因此可以测量电压。
（2）手持带电塑料纸靠近静电计的一板，以手触板，铝箔闭合，取走塑料纸，铝箔再次张开。此时另取一金属瓶盖或其它金属，使其靠近该圆板，于是又构成一平行板电容器。改变二者间距或相对面积，也可以在其间加入不带电的塑料纸等，用以研究电容器电容之大小跟两板距离、相对面积和中间介质的关系。静电计的一板跟活动金属圆板构成的可变电容器的电容大小可由静电计铝箔张角定性判断，若张角减小，证明电势降低。由于该板所带电量未变，根据电容公式C=Q/U，说明电容增大。此静电计即使在极潮湿的阴雨天，仍能很好使用。