靜電風輪的設(shè)計與制作

1、1靜電風輪的設(shè)計與制作引言 在中學物理實驗中，電學實驗在物理實驗教學及考試中占了很大一部分比例，靜電實驗就是其中之一。在中學物理實驗中都要做靜電演示實驗，這樣有利于激發(fā)學生的學習興趣，提高教學效果，加深學生對電學相關(guān)知識的理解和掌握。但是，大多數(shù)中學教師都不愿做靜電演示實驗。究其原因，主要是影響靜電實驗成敗的因素頗多；如天氣比較潮濕，空氣中的水分子比較多就容易導致放電；導體表面有尖端也極容易發(fā)生尖端放電，導致電量不足，演示不明顯或不成

2、功；絕緣體絕緣性能差更容易導致漏電，這些問題都可能導致實驗的成功率降低，或難以達到預(yù)期的效果。另外靜電實驗的一大特點是高壓、帶電量少。由于這一特點使得靜電電荷很容易漏掉且常常是漏光，一般還不易察覺。根據(jù)前面所述并針對平常靜電實驗中所遇到的問題，我們通過自己動手研制儀器并找出克制上訴問題的方案，讓靜電演示實驗變得相對簡單容易，能讓學生一目了然地觀察實驗現(xiàn)象。這樣我們自己也可以體驗一下靜電實驗制作的全過程和原理，并為我們今后更好地演示靜電實

3、驗打下堅實的基礎(chǔ)。通過自己動手來體驗制作實驗儀器的快樂。更能讓學生看到儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解儀器的工作原理，容易激發(fā)學生熱愛物理熱愛科學的情感。為此，我們通過靜電風輪的設(shè)計與制作來說明常用靜電儀器的制作原理和方法。1 靜電風輪的原理電風輪實驗依據(jù)的原理在電學方面是尖端放電，而在力學方面是轉(zhuǎn)動定律。本實驗的主要部件是用一個易拉罐底剪成的形狀對稱且具有相同方向尖端的金屬件。當金屬件上加靜電高壓時，尖端處的電荷密度最大，尖端附近的電場最強，若強

4、到使空氣擊穿，則發(fā)生尖端放電，即強電場使空氣中的分子電離。若金屬件帶正電荷，則放電過程中產(chǎn)生的正離子將與金屬尖端的正電荷相互排斥，其反沖作用使尖端受到推力；若金屬件帶負電荷，則放電過程中將有空氣中的正離子被吸到尖端與處于尖端上的負電荷中和，此時，正離子的沖擊將形成對尖端的推力。無論哪一種情況都將使金屬件受到一個力矩的作用，使其沿尖端的反方向轉(zhuǎn)動。2 高壓靜電電源的原理設(shè)計及制作方法靜電實驗離不開高壓直流電源，即不管是做平行板電容實驗、點

5、電荷電力線分布實驗、平板電荷的電力線演示實驗、尖端放電演示實驗、還是靜電跳球演示實驗等都離不開高壓直流電源。在通常情況下一臺高壓電源的輸入信號來3本上是 2 E2 了。它的值是變壓器次級電壓的二倍，所以叫做二倍壓整流電路。2.1.2 三倍壓整流電路原理如圖 2 在二倍壓整流電路的基礎(chǔ)上，再加一個整流二極管 D3 和－個濾波電容器 C3，就可以組成三倍壓整流電路，三倍壓整流電路的工作原理是：在 e2 的第一個半周和第二個半周與二倍壓整流電

6、路相同，當?shù)谌齻€半周時，D1、D3 導通，D2 截止，電流除經(jīng) D1 給 C1 充電外，又經(jīng) D3 給 C3充電， C3 上的充電電壓 Uc3=e2 峰值+Uc2-Uc1≈2 E2 這樣在 Rfz，上就可以輸出直流電壓 Usc=Uc1i+Uc3≈3 E2，實現(xiàn)三倍壓整流。圖 2 三倍壓整流電路圖2.1.3 多倍壓整流電路原理根據(jù)前面所述，當增加多個二極管和相同數(shù)量的電容器，即可以組成多倍壓整流電路，如圖 3 所示。當 n 為奇數(shù)時，輸