维氏起电机
演示实验
1． 预习内容： （1）将下面概念原理写在实验报告的预习部分。 衍射 光栅 驻波 电磁波 偏振片 起偏 检偏 力矩 角动量 角动量守恒 温差电动势 极性分子 非极性分子 静电感应 辉光放电 法拉第电磁感应定律 楞次定律 自感现象 互感现象 伯努利效应 涡电流 铁磁质磁化特点 电磁阻尼 等厚干涉。 （2）阅读后面的演示实验介绍（这里只介绍了实验室的部分演示实验）。（自愿购买演 示实验教材，可以参考我校图书馆《大学物理演示实验》（张智 主编，湖南大学 出版社）等有关物理演示实验教材， 也可以在网上查找资料和视频。）
实验现象看到即可，不要长时间通电，避免线圈过 热烧坏。 相关概念原理：涡电流 问题与思考：
互感概念演示仪
根据法拉第电磁感应定律，当闭合回路中的磁通 量发生变化时，会引起感应电流。因此从感应电流的 变化规律能够体现原电路的电流变化情况。本实验即 利用这个道理，使原电路产生的磁场穿过感应回路， 从而在感应回路中听到原电路的音乐。 注意事项：实验完毕关闭电源。 相关概念原理：磁通量 法拉第电磁感应定律 互感 问题与思考：两个螺线管怎样放置时，感应回路中效果最明显？
属球相碰中和剩余电量。 相关概念原理: 孤立导体静电平衡时表面电荷分布规律 问题与思考：为什么暴风雨时避雷针的顶部容易放电？
为什么暴风雨中应避免在空旷的地方行走？还应避免站在树下？
3
多功能涡电流仪
金属相对永磁铁转动时，在金属内部产生涡电流，涡电 流产生磁场。这个磁场与永磁铁的磁场相互作用，于是观察 到金属相对永磁铁运动。 注意事项：实验完毕关闭电源。铝盘转速高时不要碰。
静电除尘
静电除尘仪器的透明圆筒中间，是一根与四周绝缘的铜 丝，接维氏起电机的一个放电叉。圆筒上缠绕的铜丝接维氏 器电机的另一个放电叉。中间是空气。当维氏起电机给铜丝 形成的两个电极加电压后，在透明圆筒中形成轴对称的非均 匀强电场。在强电场作用下，灰尘粒子定向运动，灰尘便会 在电极附近聚集落下。 注意事项：实验完毕，一定将香灭掉，并中和维氏起电机放
维氏起电机原理
维氏起电机原理
维氏起电机是一种利用电磁感应原理来产生电流的设备，它由美国物理学家约
瑟夫·亨利·维尔德发明。
维氏起电机原理的核心是利用磁场和导体之间的相互作用来产生电流，从而实现能量转换和电力输出。
在维氏起电机中，磁场的存在是至关重要的。
当一个导体在磁场中运动时，会
产生感应电动势，这就是电磁感应现象。
维氏起电机利用这一原理，通过不断改变磁场的方向和强度，使得导体中产生的感应电动势不断变化，从而产生交流电流。
维氏起电机的核心部件是转子和定子。
转子是由导体制成的，它可以自由旋转。
而定子是由产生磁场的磁铁或电磁铁构成。
当转子在定子的磁场中旋转时，导体中就会产生感应电流。
这些感应电流会在导体内部形成闭合回路，从而产生电磁力，驱动转子继续旋转。
维氏起电机的工作原理可以用右手定则来描述。
当右手握住导体，让四指指向
磁场方向，拇指指向导体运动的方向，那么拇指的方向就是感应电流的方向。
这个规则可以帮助我们理解维氏起电机中电流产生的方向。
维氏起电机原理的应用非常广泛。
它被广泛应用于发电机、电动机、变压器等
设备中。
在发电机中，维氏起电机原理被用来将机械能转化为电能；而在电动机中，它则是将电能转化为机械能。
此外，维氏起电机原理还被应用于各种传感器和电子设备中，如感应加热设备、感应炉等。
总的来说，维氏起电机原理是电磁学中的重要概念，它是现代电力工程和电子
技术的基础。
通过深入理解维氏起电机原理，我们可以更好地应用它，推动科学技术的发展，为人类社会的进步做出贡献。
维氏起电机原理
维氏起电机原理维氏起电机是一种利用维氏效应产生电动势的电机。
它的工作原理是利用导体在磁场中运动时所产生的感应电动势来驱动电流，从而产生电磁力，实现电机的运转。
维氏起电机的原理虽然看似复杂，但其实质是很简单的，下面我们来详细介绍一下。
首先，我们需要了解维氏效应。
维氏效应是指当导体在磁场中运动时，导体两端会产生电动势。
这是由于磁场对导体中自由电子的作用所产生的。
当导体在磁场中运动时，自由电子受到洛伦兹力的作用，从而在导体两端产生电动势。
这就是维氏效应的基本原理。
在维氏起电机中，通常会采用一个磁场和一个导体回路。
磁场可以由永磁体或电磁体产生。
当导体回路在磁场中运动时，导体中的自由电子会受到洛伦兹力的作用，从而在导体两端产生电动势。
这个电动势会驱动电流在导体回路中流动，从而产生电磁力。
根据洛伦兹力的方向，可以确定电流在导体回路中的方向，进而确定电机的运转方向。
维氏起电机的原理实际上就是利用磁场和导体回路之间的相互作用来产生电动势，进而驱动电机的运转。
通过合理设计磁场和导体回路的结构，可以实现不同类型的维氏起电机，包括直流维氏起电机、交流维氏起电机等。
这些不同类型的维氏起电机在工作原理上都是基于维氏效应的。
总的来说，维氏起电机原理是利用维氏效应产生电动势，驱动电流在导体回路中流动，从而产生电磁力，实现电机的运转。
这种原理在实际应用中具有广泛的用途，包括发电机、电动机、传感器等领域。
通过深入理解维氏起电机的原理，可以更好地应用和改进这一技术，推动电机领域的发展。
维氏起电机原理的深入理解对于电机工程师和科研人员来说是非常重要的。
只有深入理解其原理，才能更好地应用和改进这一技术，推动电机领域的发展。
希望本文的介绍能对大家有所帮助，谢谢阅读！。
静电摆球演示实验()
静电摆球演示实验()一、实验目的：演示静电感应,电场分布和电荷间的相互作用装置结构及技术参数二、演示仪器1、静电电源（维氏起电机）2、静电摆球装置3、4、避雷针工作原理装置5、静电除尘装置6、静电滚筒操作方法：1、静电跳球：将两极板分别与静电起电机相连接，摇动起电机，使两极板分别带正、负电荷，这时小金属球也带有与下板同号的电荷。
同号电荷相斥，异号电荷相吸，小球受下极板的排斥和上极板的吸引，跃向上极板，与之接触后，小球所带的电荷被中和反而带上与上极板相同的电荷，于是又被排向下极板。
如此周而复始，可观察到球在容器内上下跳动。
当两极板电荷被中和时，小球随之停止跳动。
2、静电摆球：将两极板分别与静电起电机相接。
调节细有机玻璃棒，使球略偏向一极板。
摇动起电机，使两极分别带正、负电荷。
这时导体小球两边分别被感应出与邻近极异号的电荷。
球上感应电荷又反过来使极板上电荷分布改变，从而使两极板间电场分布发生变化。
球与极板相距较近的这一侧空间场强较强，因而球受力较大，而另一侧与极板距离较远，空间场强较弱，受力较小，这样球就摆向距球近的一极板。
当球与这极板相接触时，与上面同样的道理使球又摆回来。
不断摇动起电机，球就在两板间往复摆动，并发出乒乓场。
起电机放电后，则导体小球会因惯性，在一段时间内做微小摆动，最后停止在平衡位置。
将乒乓球调节在两极间的电场力几乎相等，故球不动。
3、尖端放电：将起电机的一极接在针形导体上，摇动起电机，使针形导体带电。
由于导体尖端处电荷密度最大，所以附近场强最强。
在强电场的作用下，使尖端附近的空气中残存的离子发生加速运动，这些被加速的离子与空气分子相碰撞时，使空气分子电离，从而产生大量新的离子。
与尖端上电荷异号的离子受到吸引而趋向尖端，最后与尖端上电荷中和；与尖端上电荷同号的离子受到排斥而飞向远方形成“电风”，把际近的蜡烛火焰吹向一边，甚至吹灭。
物理探索与演示实验1(电磁学)
实验二
【实验目的】
演示起电现象
感应起电机
【实验器材】
维氏起电机，包括由起电盘、放电球、莱顿瓶、感应 电刷、皮带轮、集电梳、连接片，起电圆盘涂有许多片 铝箔，如图所示
【实验原理】
起电机是利用感应作用来起电的，在通常情况下，由于大气中带电粒子的 碰撞，或者以前实验残留下来的电荷，是能够自己带电的，当两个起电盘快速旋 转时，带电系统特别是装有绝缘手柄的放电叉的球部，分别积聚起不同电性的电 荷。随着起电过程不断交替进行，感应起电的作用越来越强，两个导电系统积聚 的不同符号的电荷越来越多，它们之间的电势差也越来越大。
【实验操作与现象】
把起电机放电球调整到合适的位置，摇动圆盘把手，当两个起电盘快速旋 转时，放电叉的球部分别聚集起不同电性的大量电荷，而形成火花放电。注意观 察放电现象。
【注意事项】
1、操作起电机时，动作要缓和，由慢到快，但速度不能太快，过快了会影响中 和电刷与导电层接触，反而不能起电，也容易损坏起电盘。摇转停止时亦需慢慢 进行，可松开手柄靠摩擦作用使其自然减慢，以防起电盘由于惯性从转动轴上松 脱。 2、起电机带电后和停止摇动时，由于集电杆等处带有电荷，操作者不要触摸实 验设备，应将两个放电球接触，进行正负电荷中和， 3、两放电球接触后不能再转动摇把手，避免两个起电盘上所有导电层正负电荷 完全中和，不能再起电。
实验九
实验目的
压电效应
演示压电晶体在压缩力作用下，在两面能够产生 电位差，即机械振动通过压电晶体转换为电振动 （电信号）；在晶体两面加上一定的电位差，晶 体线度会发生一定的变化，产生机械振动，即逆 压电效应。
实验仪器
压电效应演示仪，如图所示：
实验原理
一.压电效应（Piezoelectric Effect）
维姆胡斯起电机的工作原理
维姆胡斯起电机的工作原理
维姆胡斯起电机的工作原理是基于费尔迈特原理。
它是一种将直流电能转换为旋转机械能的装置。
维姆胡斯起电机由一个可转动的电枢和一个不可转动的磁铁组成。
磁铁产生一个均匀的磁场，电枢上则绕有多个线圈，并通过两个涡流环与电源连接。
当电流通过涡流环流动时，会在涡流环内产生磁场。
这个磁场与磁铁产生的磁场相互作用，形成一个力矩，使得电枢开始旋转。
当电枢旋转一定角度后，涡流环与电源断开连接，此时电枢由惯性继续旋转，直到电枢与磁铁的磁场重新对齐。
然后，涡流环再次与电源连接，电流重新流过涡流环，在涡流环内产生磁场。
这个磁场方向与上一次相反，产生的力矩方向也相反，将继续推动电枢进行旋转。
这个过程将不断重复，使得电枢持续旋转。
通过这种方式，维姆胡斯起电机将直流电能转换为机械能，达到了实现旋转运动的目的。
韦式感应起电机
韦式感应起电机
韦式感应起电机（Wechsler Induction Starting Motor）是一种早期的永磁同步发
电机，由于它延长了饱和磁化时间，因此可以降低过载能力和行程，而并不失去电机可靠性。
它是由德国机械工程师瓦尔特·韦克斯勒于1890年发明的。
它是一种常见的永磁同
步发电机，被广泛用于低频电机和永磁逆变器系统中。
根据德国工程师瓦尔特・韦克斯勒的发明，韦式感应起动电机的基本原理是：电机的
定子电枢与转子电枢之间有一个稳定的调节能量，并且电枢之间的传导电磁感应阻力可以
用单极的屏蔽程序来模拟。
传统的永磁同步起动电机的转子都会发生过程，磁化时间为瞬间，而韦式感应起动电机通过延长磁化时间，可以降低电机起动时峰值电流，提高可靠性，同时缩短时间，减少负荷能量损耗。
应用方面，由于它的可靠性和稳定性，韦式感应起动电机已广泛应用于工业设备，如
通用机械、汽车，电动货柜等设备中。
空调设备中，它也被用于启动压缩机，以确保空调
系统的正常运行。
韦式感应起动电机不仅用于功率传输，还可以用于电动机生产线中的驱
动以及监控系统中的控制。
除了正面技术效果外，韦式感应起动电机还具有良好的环境性能。
它具有低振动，低
噪声，高效率，且不产生空气污染。
以上就是韦式感应起动电机的基本信息。
它的优点是可靠性高，稳定性好，可在裸露
电缆上运行，具有良好的环境性能。
当然，也有一些缺点，如起动时间长，电动效应大，
控制系统复杂等缺点，但这些都可以通过进一步的研究解决。
维氏起电机原理的应用
维氏起电机原理的应用1. 简介维氏起电机是一种基于静电力的电机，利用维氏效应产生的电荷分布差异来达到电动效果。
它主要由维氏起电机主体、直流电源和控制电路组成。
维氏起电机原理的应用非常广泛，涉及到许多领域。
本文将重点介绍维氏起电机原理在以下几个方面的应用。
2. 高精度定位系统维氏起电机能够提供高精度的位移传感功能，因此在定位系统中得到了广泛应用。
它能够将输入电信号转化为精确的位移输出，并且具有高度的可控性。
这使得维氏起电机成为许多精密定位系统的核心元件，例如纳米定位平台、激光测量系统等。
3. 惯性导航系统维氏起电机的敏感度高、响应速度快，在惯性导航系统中的应用十分重要。
通过测量维氏起电机的输出信号，可以准确估计设备的加速度和角速度等参数。
这些参数对于导航系统的运算非常关键，通过使用维氏起电机可以实现更高精度的导航和定位功能。
4. 生物医学工程维氏起电机的应用也延伸到了生物医学工程领域。
例如，在活体组织检测中，维氏起电机可以用于实时监测生物组织的位移和变形情况。
这对于手术过程中的定位和控制非常重要。
此外，维氏起电机还可以用于人体植入物的检测和监测，为医学诊断提供有力支持。
5. 振动控制系统振动控制是工程领域的一个重要应用方向，而维氏起电机原理在振动控制系统中起到了关键作用。
维氏起电机可以感知到振动系统的运动情况，并通过控制电路进行反馈调节，实现振动的稳定控制。
这在建筑工程、航空航天等领域具有广泛的应用。
6. 光学系统维氏起电机原理在光学系统中的应用也是非常重要的。
维氏起电机可以用于调节光学元件的位置和角度，实现光学系统的精密对准和校正。
光学系统中的自适应光学、光纤通信等领域都离不开维氏起电机的应用。
7. 其他领域的应用除了以上几个重点领域，维氏起电机原理还在其他许多领域得到了应用。
例如，机器人技术中的精密运动控制、舞台灯光系统中的自动调节等。
维氏起电机凭借其高精度、高可控性的特点，成为了这些领域中不可或缺的关键技术。
起电机——精选推荐
起电机折叠编辑本段操作方法感应起电机是一种能连续取得并可积累较多正、负电荷的实验装置。
感应起电机所产生的电压较高，与其他仪器配合后，可进行静电感应、雷电模拟实验、演示尖端放电等有关静电现象的实验。
1882年，英国维姆胡斯创造了圆盘式静电感应起电机，其中两同轴玻璃圆板可反向高速转动，摩擦起电的效率很高，并能产生高电压。
这种起电机一直沿用至今，在各中学的物理课堂上作电学演示实验时，就经常用到它。
起电机摩擦起电机的出现，这种由人工产生的新奇电现象，引起了社会广泛的关注，不仅一些王公贵族观看和欣赏电的表演，连一般老百姓也受到吸引。
整个社会都对电现象感兴趣，普遍渴望获得电的知识。
电学讲座成为广泛的要求，演示电的实验吸引了大量的观众，甚至大学上课时的电学演示实验，公众都挤过去看，以至达到把大学生都挤出座位的地步。
摩擦起电机的出现，也为实验研究提供了电源，对电学的发展起了重要的作用。
感应起电机如图12-10所示，使用感应起电机前，必须先进行目测各部件是否完好，紧固件是否松动，如发现故障要待排除后才能使用。
对起电机目测时要注意以下几点:(l)两电刷应互成90度夹角，各与横梁成45度。
(2)集电杆的电梳的尖针不能触及起电圆盘。
(3)电刷与金属箔片的接触要可靠。
(4)两传动皮带的其中一根在传动轮间交叉安装，以使两起电圆盘工作时反向旋转。
起电机使用感应起电机时要保持室内空气干燥无尘污，如空气潮湿或低温季节，圆盘表面会形成一层水雾，该水雾与圆盘表面的尘埃等杂质形成导电层，从而影响实验的效果。
为了克服上述原因造成的起电机不起电的现象，可事先把起电机放在阳光下照射片刻，也可用红外线灯或自制的烘箱进行烘烤，烘烤的温度在圆盘处不得超过40℃。
操作起电机时，动作要缓和，由慢到快，但速度不能太快，以防起电机发生共振而损坏机件。
起电机带电后(包括刚停止摇动时)，集电杆等处会集结电荷，这时人体各部分如不慎触及，就会产生电击的强烈刺激。
高中物理优质课教案、学案-库仑定律
图4
图5
现象：电子秤示数依次变化
2
利用计算机绘图，观察电荷间作用力 F 和圆片 1 的电荷量 q 的 关系（实测，如图 5） 结论： 在实验误差允许范围之内， 电荷间作用力与电荷量成正比， 即 F∝__________. [探究二] 电荷间作用力与电荷间距离的关系
图6
介绍： 通过圆片 2 支架上的刻度可以读出它与圆片 1 之间的距离 操作： 让带上同种电荷的圆片 1 和 2 之间的距离依次为 3cm、 4cm、 5cm、6cm、7cm 和 8cm 现象：电子秤示数依次变化 利用计算机绘图， 观察电荷间作用力 F 和电荷量间距离 r 的关系 （实测，如图 6）
1
新课讲解
图2
分析： 用绝缘金属球接触转动之后起电机的放电球， 然后与用绝 缘细线悬挂的金属小球接触，两金属带上同种还是异种电荷？ 演示：图 3 现象：小球摆起一定角度 推理：小球受到一个力的作用 （二）提出问题
图3
电荷之间的作用力遵从什么规律？ （三）大胆猜想 讨论：电荷之间的作用力可能和哪些因素有关？ 结论：电荷量、带电体的距离 （若学生提到质量等，可引导其排除） （四）实验探究 [定性探究] 利用图 3 所示装置， 定性探究影响电荷间作用力的因素 讨论： 1.怎样改变金属球的电荷量？ 2.怎样反映两球间作用力的大小？ 3.采用什么实验方法来研究多个因素的影响？ 交流：形成实验方案 1.让两小球带上同种电荷； 2.减小两小球距离，观察现象并记录； 3.保持两小球距离不变， 用另一不带电的金属球和带电金属 球接触一下再移开，观察现象并记录。 实验：分组实验，学生分工协作：操作、观察、记录 演示：个别组可能效果不明显，或思路不明确。 结论：猜想得到初步验证 [定量探究] 利用图 4 所示装置， 定量探究影响电荷间作用力的因素 [工具介绍]：电子秤 介绍结构，如何用其显示金属圆片间的作用力 [探究一] 电荷间作用力与电荷量的关系 提问：用不带电的一样的金属圆片 3 去接触带电的金属圆片 1 后分开，圆片 1 的电荷量会有什么变化？ 分析：由于对称性，电荷量减半 追问：若把圆片 3 与手接触，让其再次不带电。然后再与圆片 1 接触后分开，圆片 1 的电荷量又有什么变化？ 分析：再次减半，变为原来的四分之一 操作：让带上同种电荷的圆片 1 和 2 固定。通过圆片 3 让圆片 1 的电荷量从 q 依次变为 q/2、q/4、q/8 和 q/16
静电系列实验的远程演示
。为
解决目前国内高校物理教学以及演示实验中遇到的实 我们以互联网络为平台， 通过对以维氏起电机 际问题， 供电为基础的静电系列实验加以改造， 使得学生不仅 仅局限于课堂之上， 同时还可以在任意的时间和地点 都能很方便地观察实验现象， 减轻了实验教师的劳动
第 12 期
杨凯鸣， 等: 静电系列实验学生直观地了解物 理现象， 探索其背后的规律， 具有非常重要的作用。近 年来， 就如何充分发挥演示仪器的作用 ， 同行们进行了
收稿日期： 2011 － 12 － 19 基金项目： 教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会教学 201025hd） 研究项目（ WJZW作者简介： 杨凯鸣（ 1991 － ） ， 男， 陕西咸阳人， 本科生。 Tel． ： 15201926991 ； Email： 09300190073@ fudan． edu． cn 通信作者： 魏心源（ 1974 － ） ， 男， 河北黄骅人， 工程师， 研究方向： 物 理实验的信息化改造。 Tel． ： 02155664611 ； Email： xinyuanwei@ fudan． edu． cn
0
引
言
多方的探索， 但由于很多高校物理课开课面广 ， 上课教 室分散于各个教学楼， 甚至不同校区， 而且有些演示仪 器也存在不便搬动、 调试复杂等情况， 故物理实验的随 堂演示受到很大的制约， 限制了演示实验在大学物理 教学中的应用。随着信息化技术的进步， 未来的物理 演示实验将会朝着自动化、 智能化和全天候方向发展。 这方面国外教育机构已经有一些有益的探索
Remote Demonstration of Electrostatic Experiment and Its Application in College Physics
感应起电器原理
纤维材料与其他高聚物一样按介电常数排列的顺序。两种材料表面接触或相互摩擦后产生带电现象。介电常数大的物体带正电荷，反之带负电荷。纤维和织物在生产加工和使用中，由于接触面间的运动摩擦，产生了静电。各种纤维带电序列不同，与பைடு நூலகம்维中的大分子中所含官能团性质有关。若电子容易从官能团脱离，即供给电子能强者带正电，反之带负电。摩擦带电序列是：(+)玻璃、有机玻璃、尼龙、羊毛、丝绸、赛璐珞、棉织品、纸、金属、黑橡胶、涤纶、维尼纶、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯
金属刷上铜丝摩擦也使它带正电，在二者共同作用下S2带上了正电荷；对于S1来说，S1ˊ上的正电荷使其感应带负电荷，由于金属刷的连接作用，S2所带的正电荷会导致电子移动（如图37-3）使S1带负电，这样，虽然有摩擦产生的正电荷也会被以上两种作用所产生的负电荷抵消，因此S1还是带负电荷，图37-2（d）。
当圆盘再转过45°时，S1、S2分别顺时针转至与电极相接的悬空电刷E2、E1处，并在该处放电使E1、E2带正电荷，这些正电荷又被积聚在莱顿瓶C1、C2中，图37-2（c）。
当圆盘再转过45°即S1转到与正面电刷B相对应时， S1与S1ˊ相对，S2与S2ˊ相对，刚经过放电的S1与S2恰好不再带有电荷。S2ˊ带负电使得S2感应带正电，又由于与
伏打电池
一、伏打电池的发明 水的电解，是在历史上第一个提供稳定连续电流的电源装置──伏打电池于1800年诞生以后才实现的。伏打电池的发明归功于两位意大利科学家。一位是解剖学家和医学教授伽伐尼（Galvani,L. 1737-1798），一位是物理学和化学家伏打（Volta,A.1745-1827）。 1780年，伽伐尼在一次解剖青蛙时有一个偶然的发现。一只已解剖的青蛙放在一个潮湿的铁案上，当解剖刀无意中触及蛙腿上外露的神经时，死蛙的腿猛烈地抽搐了一下。伽伐尼立即重复了这个实验，又观察到同样的现象。最初他以为蛙腿发生痉挛是“大气电”作用的结果。后来他以严谨的科学态度，选择各种不同的金属，例如铜和铁或铜和银，接在一起，而把另两端分别与死蛙的肌肉和神经接触，青蛙就会不停地屈伸抽动。如果用玻璃、橡胶、松香、干木头等代替金属，就不会发生这样的现象。作为解剖学家的伽伐尼脑子里总是想着肌肉和神经等，他想用动物体内有某种电来解释，但这种“动物电”的解释是含糊不清的。1789年他写成了论文：《关于电对肌肉运动的作用》，于17９1年发表。 伏打读到了这篇论文后，就多次重复了伽伐尼的实验。作为物理学家，他的注意点主要集中在那两根金属上，而不在青蛙的神经上。伏打在此以前已经对电学作出不少贡献。他曾经对已有验电器进行改造，制成了一种能够测微量电荷的验电器。1775年，他在给普利斯特里的信中描写了一种起电盘装置。对于伽伐尼发现的蛙腿抽搐的现象，他想这可能与电有关，但是他认为青蛙的肌肉和神经中是不存在电的，他推想电的流动可能是由两种不同的金属相互接触产生的，与金属是否接触活动的或死的动物无关。伏打用自己设计的精密验电器，对各种金属进行了许多实验。这些实验证明，只要在两种金属片中间隔以用盐水或碱水浸过的（甚至只要是湿和）硬纸、麻布、皮革或其它海绵状的东西（他认为这是使实验成功所必须的），并用金属线把两个金属片连接起来，不管有没有青蛙的肌肉，都会有电流通过。这就说明电并不是从蛙的组织中产生的，蛙腿的作用只不过相当于一个非常灵敏的验电器而已。 在1796年的一封信中，伏打把金属（以及黄铁矿等某些矿石和木炭）称为第二类导体或干导体，把盐、碱、酸等的溶液称为第二类导体或湿导体。他指出：把第一类导体与第二类导体相接触，“就会引起电的扰动，产生电运动；至于这个现象的原因，目前还不清楚，只能认为是一般的特性”。 伏打用了三年的时间，用把各种金属两两搭配进行实验的方法，研究两种金属接触产生电的现象。他发现，一种金属与某一种金属接触时带正电，它与另一种金属接触时则可能带负电。例如，锌和铜接触时锌带正电，铜带负电；但铜若与金或银接触，则铜带正电，金、银带负电。伏打以大量的实验为基础，发现了如下的金属起电顺序：锌－铜－锡－铁－铜－银－金－石墨－木炭。在序列中任何两种相接触，都是位序在前的一种带正电，后面的一种带负电。这就是著名的伏打序列。 伏打将两块不同的第一类导体与浸有第二类导体溶液的湿布接触，再用导线将这两块第一类导体连接起来，成一回路，便得到虽然微弱但很稳定的电流。他把这个位置叫做伽伐尼电池。当把若干个这种电池串接起来时，就能得到较强的电流。 例如，他把许多对（40对、60对）圆形的铜片和锌片相间地叠起来，每一对铜锌片之间放上一块用盐水侵湿的麻布片。这时只要用两条金属线各与顶面上的锌片和底面上的铜片焊接起来，则两金属端点就会产生几伏的电压。如果把铜片换成银片，则效果更好。金属片对数越多。电力越强。这样产生的电流不仅相当强，而且非常稳定，可供人们研究和利用。后来人们对伏打发明的这种电源装置叫做“伏打电堆”。1800年，伏打给英国皇家学会写信，报告了他的电堆试验。从此以后，电学的研究便活跃起来了。 不久，伏打发现当两种金属片之间的湿布慢慢干燥了的时候，电堆产生的电流就渐趋微弱。于是他改用许多杯子，杯子都盛有盐水或稀酸，每个杯中插入一对锌和铜片，然后用金属线把每个杯中的锌片和另一杯中的铜处焊接起来，便得到经久耐用、电流更强的电池。这种装置称为“杯冕”。这就是历史上第一具实用电池。 伏打电池的出现，是一项重大发明，它使人们第一次获得了比较强的稳定而持续的电流。为科学家们从对静电的研究转入对动电的研究创造了物质条件，导致了电化学、电磁联系等一系列重大的科学发现，加深了人们对光、热、电磁、化学变化之间的关系的认识。伏打电池的发现还开辟了电力应用的广阔道路，由于它的诞生，19世纪的第一年成了电气时代文明生活的开端。 二、水的电解 在电化学发展中上的第一个发明是利用电流分解水。1800年3月，英国伦敦皇家学会会长接到伏打关于发明了电堆的信件后，便把这封信给了他的好朋友，英国化学家尼科尔森（Nicholson,W.1753-1815）和卡里斯尔（Carlisle,A.1768-1840），并在皇家学会上公开宣读了。尼科尔森和卡里斯特尔立即着手利用伏打电池进行施电流于水的试验。他们的电堆是利用36枚英国半克朗（Crown）银币及一些锌片和硬纸片，用白金箔和丝做电极和导线。当电极导一和电堆两极接触时，两极上都有气体逸出，他们用排水集气法加以收集。这样电解了13小时，他们才得到1.1立方时的气体。与电堆负极相连的铂电极上产生的气体的体积恰为另一铂电极上逸出气体的二倍。经鉴定，证明这两种气体分别是氢气与氧气，它们的体积比和氢气、氧气合成水时一致。他们的文章《利用电池电解水》1800年发表后，这一消息立即轰动了科学界。水的电解和氢、氧化合成水，这两个科学事实完全证实了水是氢和氧的化合物的正确论断，在化学史上有重要意义。 在1800年以后几年内，化学家们利用伏打电堆研究了许多电化学问题，如电解水时水中为什么产生出酸和碱，一些金属盐类水溶液电解时产生的现象及其原因等；英国化学家戴维（Davy,H.1778-1829）并于1807-1808年通过电解法发现了元素钾、钠、钙、锶、钡和镁。由此可见，伏打电池的发明（以及电解水的成功）对于化学的发展确实具有深远的重要意义。
感应起电机起电原理的实验探究及其解释(1)
第29卷 第8期2009年8月 物 理 实 验 P H YSICS EXPERIM EN TA TION Vol.29 No.8 Aug.,2009 收稿日期:2009202223 作者简介:朱向阳(1960-),男,江西信丰人,信丰中学物理高级教师,从事中学物理实验教学与研究工作.基础教育研究感应起电机起电原理的实验探究及其解释朱向阳1,崔缨子2(1.信丰中学,江西信丰341600;2.赣州市第三中学,江西赣州341000) 摘 要:探究了对静电感应起电机正转和反转时起电现象的实验,结果表明感应起电机正转和反转时都能起电.通过模拟实验的推演,对起电原理作了合理的解释.关键词:静电感应;起电机;起电原理中图分类号:O441.1;G 633.7 文献标识码:B 文章编号:100524642(2009)08200222061 引 言J 2310型静电感应起电机(又称维氏起电机)是静电学中常用的实验仪器.在用静电感应起电机做静电实验时,有很多学生提出静电感应起电机起电原理的问题.关于这个问题,许多老师也很难说清楚[1].由于感应起电机的构造较为复杂和起电现象的微观变化,所以在一般情况下靠直觉是很难通过观察来了解起电原理,特别是使用时必须顺时针摇动摇柄才能起电,而逆时针摇动摇柄不能“起电”,着实让人感到难于理解.经查阅文献发现,关于正转起电原因:有人认为是大气中的带电粒子附着在导电膜上引起起电[1];有人认为是铜丝电刷与铝箔摩擦引起起电;有人认为是开始时两盘所带电荷不平均引起起电[2].而关于反转不起电原因:有人认为是正、负电荷的完全中和所致[3];有人认为是静电感应使电荷被消耗所致[4];有人认为是集电梳在起电盘上的位置不对所致[5].在以上文献的启发下,笔者对感应起电机正转和反转时的起电现象进行了实验探究,探究结果表明感应起电机正转和反转时都能起电.本文介绍该实验的探究方法和实验现象,并根据实验现象对感应起电机的起电原理作出合理的解释.2 感应起电机起电原理的模拟装置1)J 2310型静电感应起电机的主要构造如图1所示.图1 起电机实物图片2)在实验探究时,为了便于根据实验现象研究起电原理,笔者制作了感应起电机起电原理的模拟装置.为便于说明探究现象和分析起电原理,先将模拟装置做介绍.模拟装置如图2所示,主要由木板、纸板等材料制作而成.在木板(45cm ×35cm )上喷上白漆(或贴上白纸)作背景色,把1枚铁钉从木板背面中心钉入穿出正面作内外起电盘的固定轴,用深色纸板剪2个直径分别是18cm 和25cm 的圆盘套在铁钉上作起电盘.为了方便观察和说明问题,把小圆盘p 作实际起电机上的内起电盘(有摇柄的一侧),大圆盘P 作外起电盘.再用2根长分别是15cm 和20cm 的塑料管作内、外起电盘的电刷导电杆f 和F ,两端表示铜丝电刷(为了便于观察和拍照,导电杆两端不另装表示电刷的物件).2根导电杆互成90°,且均与水平方向成45°固定在铁钉上(实验时不跟随圆盘转动).导电杆把内、外起电盘的盘面等分成4块扇区,在各扇区上粘贴1块扇形纸片,表示各扇区内的导电膜铝箔(实际的起电机每块扇区上一般有5片以上的铝箔,后面的论述表明在起电机起电过程中,起电盘每旋转90°每块扇区内的铝箔所经历的微观起电变化相同,所以用1块纸片代表扇区内的所有铝箔),并用a ～d 和A ～D 分别把内外起电盘上的导电膜逐一编号.图2 起电机模拟装置在起电盘的两侧画出集电梳E 1和E 2、放电球T 1和T 2、莱顿瓶C 1和C 2及金属片S 的结构简图.用纸板剪取20个小圆片作正负电荷,一半画上正电荷符号,另一半画上负电荷符号,在记录实验现象和模拟推演时,把小圆片放在模拟装置相应的位置处,表示该处所带电荷的种类.3)在实际使用感应起电机时,通常把顺时针摇动摇柄(内起电盘顺时针旋转,外起电盘逆时针旋转)使感应起电机转动叫做正转;反之,称之为反转.3 感应起电机起电原理的实验探究3.1 实验探究所需器材和探究原理实验器材主要有:J 2310型静电感应起电机1台、测电笔的氖管1个、稍粗的单芯铝线和细铜丝等.实验探究的原理:手持氖管一端,使氖管另端靠近或接触带电体时,氖管里的发光部位总处在低电位端(如图3所示)[6],利用该特性,判断起电盘上各处是否带电和所带电荷的极性.氖管宜用图3所示的老式氖管,现在有种新式氖管因其里面的金属丝绕制不同于老式氖管,把其一端分别靠近(或接触)带正电荷和带负电荷的物体时,发光部位无明显改变,无法判断被测电荷的正负极性,所以不宜使用.图3 氖管结构及测试图3.2 实验探究起电机正转时的起电现象1)在暗室里持续摇动J 2310型静电感应起电机的摇柄使起电机正转,手持氖管一端,使氖管另一端先后靠近内、外起电盘的箔片和放电球T 1,T 2及莱顿瓶C 1,C 2的导电连接杆,观察各处是否带电和带电性质.图4是某次实验的实测结果.图4 正转电荷分布图内起电盘以电刷导电杆f 为分界线,起电盘上半部所有的导电膜铝箔都带负电荷,下半部所有的导电膜铝箔都带正电荷;外起电盘以电刷导电杆F 为分界线,起电盘上半部所有的导电膜铝箔都带正电荷,下半部所有的导电膜铝箔都带负电荷,示意图见图4.内、外起电盘以f 和F 正交所划分的4个扇区形成稳定的电荷区,其中左边扇区两盘均带正电荷,右边扇区两盘均带负电荷,上方内盘扇区带负电荷、外盘扇区带正电荷,下方内盘扇区带正电荷、外盘扇区带负电荷;放电球T 1和莱顿瓶C 1聚集的是正电荷,而放电球T 2和莱顿瓶C 2聚集的是负电荷.在探测过程中发现:内、外起电盘左右扇区的电场特别强,易使靠近的氖管发光,上下扇区的电场较弱,只有在氖管离盘面很近或与盘面接触时才发光.其原因是:左右扇区的电场是由内、外起电盘上同种电荷的电场叠加,叠加后形成的是强电场;而上下扇区的电场则是由内、外起电盘上异种电荷的电场叠加,叠加后形成的是弱电场.实验中还能明显地观察到:4把电刷与铝箔接触处有明显的放电火花,集电梳的尖端有电晕,起电机其他有毛刺的部位也有光亮.32第8期 朱向阳,等:感应起电机起电原理的实验探究及其解释从图4中可看出:两盘上的导电膜铝箔每次通过本盘电刷后所带电荷的极性都与原来所带电荷的极性相反.2)大多数文章(包括仪器说明书)认为左、右扇区的导电膜铝箔分别经过集电梳E1和E2时,铝箔上所带的电荷与集电梳感应出的异种电荷形成尖端放电而中和,使经过集电梳后的铝箔不再带电(呈现电中性),并以此推演下步的起电情况.上述观点与实验探测的结果不相符.实验探测到经过集电梳E1和E2后的铝箔跟尚未经过集电梳的铝箔都同样能使氖管发光,且发光亮度无明显变化,电荷极性也相同,若铝箔已被电刷刮伤有毛刺,还可看到经过集电梳后而靠近电刷时(未与电刷接触)的铝箔会产生电晕放电,这说明经过集电梳后的铝箔还同样带有电荷.所以,以经过集电梳后的铝箔不再带电来推演下步的起电情况,其结果缺乏科学性.为了进一步探究集电梳E1和E2在起电机中的作用,笔者把集电梳E1和E2移开起电盘后进行实验.实验结果是除了莱顿瓶和放电球不带电外,内、外起电盘上所带电荷情况跟图4相同.这说明有无集电梳对起电盘的起电没有任何影响,但对莱顿瓶和放电球能否“收集”到电荷起到关键作用.因此,可以把静电感应起电机分作2个系统,即由内、外起电盘和电刷等组成的“起电系统”和由集电梳、莱顿瓶和放电球等组成的“集电系统”.3.3 实验探究起电机反转时的起电现象1)在通常情况下使用J2310型静电感应起电机,只能顺时针摇动摇柄使起电机正转,如逆时针摇动摇柄,摇柄会从转动轴上退出.为了能实验探究起电机反转时的起电现象,可用手固定皮带轮,然后顺时针转动摇柄,使摇柄在转动轴里套紧.套紧后的摇柄可顺时针摇动使起电机正转,也可逆时针摇动使起电机反转.2)在暗室里持续摇动起电机的摇柄使起电机反转,手持氖管一端,使氖管另一端先后靠近内、外起电盘的箔片和放电球T1,T2及莱顿瓶C1,C2的导电连接杆,观察各处是否带电和带电性质.图5是某次实验的实测结果.内起电盘以电刷导电杆f为分界线,起电盘上半部所有导电膜铝箔都带正电荷,下半部所有导电膜铝箔都带负电荷;外起电盘以电刷导电杆F为分界线,起电盘上半部所有的导电膜铝箔都带正电荷,下半部所有的导电膜铝箔都带负电荷.内、外起电盘以f和F 正交所划分的4个扇区形成稳定的电荷区,其中左边内盘扇区带负电荷、外盘扇区带正电荷,右边内盘扇区带正电荷、外盘扇区带负电荷,上方扇区两盘均带正电荷,下方扇区两盘均带负电荷,放电球T1,T2和莱顿瓶C1,C2均不带电.内、外起电盘强电场区由正转时的左右扇区变为上下扇区,弱电场区由正转时的上下扇区变为左右扇区.图5 反转电荷分布图实验中还能明显地观察到:4把电刷与铝箔接触处有明显的放电火花,集电梳的个别尖端有时也有电晕(但比正转时弱得多),起电机其他有毛刺的部位也有光亮.从图5中可看出:两盘上的导电膜铝箔每次通过本盘电刷后所带电荷的极性都与原来所带电荷的极性相反,跟正转时的情况相同.3)从图5中可看出,起电机反转时起电系统也在不断地起电,但内、外起电盘均带正电荷或负电荷的扇区已稳定在f和F正交所划分的上、下扇区,而分别经过集电梳E1和E2的左、右扇区的内、外起电盘均带异种电荷.由于集电梳E1和E2各自同时收集的是异种电荷,异种电荷在集电梳上发生中和,结果使集电系统无法储集电荷.但若把集电梳E1和E2安装在图5中的上、下扇区内,集电系统应该可以起到“集电”和向外“供电”的作用.为了证实这一猜想,笔者进行了下述实验.用单芯铝线和细铜丝自制成2个集电梳,分别安装在起电机的上、下扇区内,各集电梳的另一端分别与起电机的左右集电杆连接,使起电盘4个扇区均有集电梳.实验时先把2个放电球靠近(相距1cm左右),然后使起电机正转,可看到两球间发生火花放电并伴随有空气的爆鸣声.再使起电机反转,同样可看到两球间发生火花放电并42 物 理 实 验第29卷伴随有空气的爆鸣声.实验探究的结果表明:J2310型静电感应起电机反转时,起电系统也在起电,集电系统不能集电是因为集电梳的位置不对.3.4 实验探究电刷装置对起电的影响J2310型静电感应起电机的内、外起电盘上各有1根导电杆,导电杆两端均安装有铜丝电刷, 2根导电杆互成90°,并且都与水平方向成45°固定在起电盘的固定轴上,组成电刷装置,各电刷与盘面上的铝箔紧密接触.电刷装置对起电机起电的影响,笔者做了实验探究.1)拆除电刷装置中的1把电刷后使起电机正转或反转,实验结果是起电机不能起电.这说明电刷是起电机起电系统不可或缺的部件.所以,在使用起电机时,必须使4把电刷都与铝箔紧密接触才能起电.2)把起电机内、外起电盘上的电刷导电杆各旋转90°(通过拆除、安装的办法)相互交换所对的位置,再使起电机正转或反转进行实验.起电机正转时实测的结果与图5情况相同,起电系统能够起电,但集电系统不能集电;起电机反转时实测的结果与图4情况相同,起电系统能够起电,集电系统也能够集电.3)J2310型静电感应起电机内、外起电盘上的导电杆,已通过金属固定轴连通为一体.这种结构对起电是否会产生影响,笔者也做了实验探究.在1根胶皮铝芯线的两端固定一些细铜丝自制成电刷,用它替代内起电盘(或外起电盘)上的电刷,使内、外起电盘上的导电杆互不连通,然后使起电机正转或反转进行实验.实验结果表明:2根导电杆是否连通对能否起电没有影响.如果把自制电刷的铝线剪断(即同一起电盘的2把电刷相互断开)后进行实验,结果是起电机不能起电,这表明同一导电杆两端的电刷是靠导电杆进行相互作用的.所以,起电机在其他情况正常时还不能起电,可能是2把电刷之间由于某种原因(如电刷与导电杆接触处生锈)使他们断开所致.4)有些教师认为感应起电机是由于铜丝与铝箔的摩擦而起电,为了探究起电机起电是否与“摩擦起电”有关系,笔者用同台起电机的4片铝箔代替铜丝电刷(同种物质相互摩擦)进行了实验探究.实验结果是起电机照样起电,这说明电刷起导电作用,而不起“摩擦起电”的作用.4 感应起电机起电原理的解释根据上述实验现象,并通过用起电原理模拟装置对静电感应起电机的起电机理和集电机理的模拟推演,笔者认为“静电感应”和“正负电荷中和”是静电感应起电机起电的基本原理.在上文中已把静电感应起电机分作“起电系统”和“集电系统”两部分,为了方便论述,下面分别对“起电原理”和“集电原理”进行说明.4.1 感应起电机的起电原理1)正转起电过程.如图2所示,假设在导电杆f上端电刷所对外起电盘的位置处(在其他位置处,起电的情形类似),受到大气中较多的正电荷(如是负电荷,起电的情形类似)粒子碰撞.当起电机正转时,逆时针旋转的外起电盘(下称P 盘)上B区铝箔经过此处时便带上正电荷,同时使顺时针旋转的内起电盘(下称p盘)上经过电刷的a区铝箔,由于静电感应带上负电荷,而与f 下端电刷接触的c区铝箔则被感应出正电荷,P 盘上的D区铝箔带上负电荷,如图6所示.图6 正转开始时p盘和P盘同时旋转90°至图7位置时,P盘B区带正电荷的铝箔和D区带负电荷的铝箔分别与F两端的电刷接触,如图7(a)所示.由于F 的连接,使正负电荷发生中和,导致两区的铝箔成电中性,但同时旋转到此位置上的p盘c区带正电荷的铝箔和a区带负电荷的铝箔,由于静电感应,使B区和D区上的铝箔重新带上电荷.根据感应规律,B区铝箔带上负电荷,D铝箔带上正电荷.结果使它们经过电刷后所带电荷的极性,刚好跟经过电刷前所带电荷的极性相反.与此同时,C区铝箔也进入大气中的正电荷粒子碰撞位置而带上正电荷,由于静电感应,使b区和A区铝箔带上负电荷,而d区铝箔带上正电荷.最后结果各区铝箔带电情况如图7(b)所示.52第8期 朱向阳,等:感应起电机起电原理的实验探究及其解释(a )电荷变化前 (b )电荷变化后图7 正转90°时当p 盘和P 盘继续旋转至刚好180°时,两盘上便以f 和F 正交划分的4个扇区,形成不同的电荷分布区,其中左边扇区的内、外盘均带正电荷,右边扇区的内、外盘均带负电荷,上、下扇区的内、外盘均带异种电荷,如图8所示.图8 正转180°此后,因为内、外盘各铝箔均带上了电荷,起电机继续正转,各铝箔经过电刷时,在“正负电荷中和”和“感应起电”这两个物理过程的作用下,改变所带电荷的极性,从而不断地自激起电.至此,空气中的电荷源就不再起作用了.因此,仪器说明书上把“电刷装置”叫做“中和电刷”,同时在括号内注释为“感应电刷”,笔者认为是有道理的.2)反转起电过程.反转起电和正转起电的原理相同,但反转时(以图2情况为例),由于开始带正电荷的是P 盘的A 区铝箔,在静电感应的作用下,p 盘的d 区和b 区铝箔分别带负电荷和正电荷,而P 盘的C 区铝箔则带上负电荷,结果反转180°后便形成图5所示的电荷分布.4.2 感应起电机的集电原理1)正转集电过程.如图4所示,在左边扇区,当内、外起电盘上均带正电荷的铝箔同时相向经过集电梳E 1时,由于静电感应使E 1感应出负电荷,而与E 1相连接的放电球T 1(下称T 1)和莱顿瓶(下称C 1)内则被感应出正电荷,E 1感应出的负电荷又聚集在电梳尖端而形成电晕放电,结果使正电荷储集在T 1和C 1上,而经过E 1后带正电荷的铝箔则继续旋转,旋转到与电刷接触时,铝箔所带的正电荷则与导电杆另端电刷接触的铝箔所带的负电荷中和,当有带正电荷的铝箔持续经过E 1时,T 1和C 1就能不断地储集正电荷.同理,同时在右边扇区内、外起电盘上均带负电荷的铝箔持续经过E 2后,使T 2和C 2内不断地储集负电荷.当C 1和C 2处储集的正、负电荷不断增加,T 1和T 2之间的电压也随之升高,在电压达到T 1和T 2之间空气的击穿电压值时,T 1和T 2之间就会产生火花放电.值得一提的是:大多数文章(包括仪器说明书)认为左、右扇区的导电膜铝箔分别经过E 1和E 2时,铝箔上所带的电荷与集电梳感应出的异种电荷形成尖端放电而中和,使经过集电梳后的铝箔不再带电(呈现电中性),并以此推演下步的起电情况.这不仅与实验事实不相符,并且以此推演出起电机反转不起电的错误结论.2)反转集电过程.如图5所示,在左边扇区,当内、外起电盘上分别带负、正电荷的铝箔同时相向经过E 1时,由于静电感应使E 1两侧感应出正、负电荷,而与E 1相连接的T 1和C 1内也被被感应出正、负电荷,由于正、负电荷相互抵消,结果使T 1和C 1内无法储集电荷.同理,T 2和C 2也是无法储集电荷.起电机反转时,如果在上、下扇区安装有集电梳,跟“正转集电过程”相同,放电球和莱顿瓶便可“储集”到电荷,这在“实验探究”中已得到证实.文献[4]将J 2310型静电感应起电机的前后电刷位置顺时针旋转90°再固定,然后,使起电机反转才能起电(正转集电系统不能集电).根据上述起电原理和集电原理进行模拟推演,结果说明其起电情形跟电刷位置未改变时的正转起电完全相同,用数学语言来说是“负负得正”的结果.所以它不是J 2310型静电感应起电机真正意义上的反转起电.参考文献:[1] 张德新.静电感应起电机的起电原理[J ].教学仪器与实验,2007,23(12):24225.[2] 张德启,李新乡,陶洪.物理实验教学研究[M ].北62 物 理 实 验第29卷京:科学出版社,2005:1112112.[3] 崔峰.感应起电机反转不起电的原因释疑[J ].物理实验,2005,25(6):34235.[4] 崔璐,舒信隆.新型维氏起电机的研制与分析[J ].物理实验,2008,28(1):28230.[5] 陆荷琴.对感应起电机几个问题的分析[J ].技术物理教学,2004,12(1):21222.[6] 向德华.摩擦起电的几个问题[J ].物理教学探讨,1993,11(12):17218.Exploring the principle of Wimshurst electric m achineZHU Xiang 2yang 1,CU I Y ing 2zi 2(1.Xinfeng Middle School ,Xinfeng 341600,China ;2.Ganzhou No.3Middle School ,Ganzhou 341000,China )Abstract :This paper st udies t he experiment of elect ro static machines of t he influence type ,t he result s show t hat t he Wimshurst machine can p roduce statistic elect ricity ,no matter it is rotated clockwise or anticlockwise.The elect rostatic generation p rocess is analyzed.K ey w ords :electrostatic induction ;Wimshurst machine ;electro static p rinciple[责任编辑:尹冬梅](上接第21页)[6] 骆万发.物理实验教学改革的探索[J ].泉州师范学院学报,2007,25(3):12213.[7] 陈水桥,陈洪山.物理实验研究性课题式教学方法的实现与探讨[J ].物理实验,2008,28(6):18221.Construct ne w experimental curriculum system for modernphysics experiment 2reform and practiceSH EN Gui 2ping ,L UO Wan 2fa(Depart ment of Physics ,Xiamen University ,Xiamen 361005,China )Abstract :The reform and practice of const ructing new experimental curriculum system for mod 2ern p hysics experiment is discussed in t his paper.In t he new curriculum system ,experiment content is modularized ,and t he opening experimental teaching mode is adopted at t he same time by using t he met hod of “categorization and overall consideration ”.Furt hermore ,t he cultivation of basis knowl 2edge ,experimental skills and scientific research abilities for p hysical professionals are taken into ac 2count in t he const ruction of t his new modular curriculum system for modern p hysics experiment.K ey w ords :modern p hysics experiment ;teaching content ;teaching mode ;curriculum system[责任编辑:尹冬梅]72第8期 朱向阳,等:感应起电机起电原理的实验探究及其解释。
维氏起电机【严选内容】
维氏起电机【实验目的】演示起电现象，了解产生电荷的原理及其应用，观察电容器（莱顿瓶）的电容量的变化情况。
【实验器材】维氏起电机，包括由起电盘、放电球、莱顿瓶、感应电刷、皮带轮、集电梳、连接片，起电圆盘涂有许多片铝箔，如图37-1所示。
图37-1【实验原理】感应起电机是一种能连续取得并可积累较多正、负电荷的实验装置。
莱顿瓶是个电容，用来储电。
感应起电机在左右各有一莱顿瓶，两莱顿瓶集聚不同种电荷，作为电源的正负极。
当顺时针摇动转轮上的摇柄时，由于在静电序列中铝排在铜之前，所以在圆盘转动时铝片与电刷上的铜丝摩擦而带上正电荷，铜丝带负电荷。
如图：假设刚摩擦时金属铝片S1带电量为Q1，与其在同一直径上的铝片S2带电量为Q2，Q1与Q2有大小之分。
图37-2所示。
当圆盘转过90°时，S1与反面电刷B'相对，此时S2'、S1'分别与S1、S2相对。
假设Q1＞Q2，由于S1'与S2'之间有电刷连接，会引起自由电子移动，使得S1'带正电荷，S2'带负电荷，图37-2（b）。
当圆盘再转过45°时，S1、S2分别顺时针转至与电极相接的悬空电刷E2、E1处，并在该处放电使E1、E2带正电荷，这些正电荷又被积聚在莱顿瓶C1、C2中，图37-2（c）。
当圆盘再转过45°即S1转到与正面电刷B相对应时，S1与S1?相对，S2与S2'相对，刚经过放电的S1与S2恰好不再带有电荷。
S2?带负电使得S2感应带正电，又由于与图37-2图37-3金属刷上铜丝摩擦也使它带正电，在二者共同作用下S2带上了正电荷；对于S1来说，S1'上的正电荷使其感应带负电荷，由于金属刷的连接作用，S2所带的正电荷会导致电子移动（如图37-3）使S1带负电，这样，虽然有摩擦产生的正电荷也会被以上两种作用所产生的负电荷抵消，因此S1还是带负电荷，图37-2（d）。
电磁学演示实验
• 电磁波
• 电磁波的发射与接收
• 阴极射线管 • 洛仑兹力
• 电磁感应
• 电磁感应现象 • 电磁感应发光二极管
• 对比式楞次定律 • 楞次环 • 电磁驱动与阻尼 • 跳环
图为美军官员视察电磁弹射器。电磁弹射器是航空母舰上的一种舰载机起飞装置，已由美国最新下水 的（2013年10月11日）福特号航母首先装备。与传统的蒸汽式弹射器相比，电磁弹射具有容积小、对 舰上辅助系统要求低、效率高、重量轻、运行和维护费用低廉的好处。
第二十五讲 电磁学演示实验
实验目录
• 静电现象 • 静磁现象 • 电流磁效应 • 电磁感应 • 电磁波
• 静电现象 • 压电效应 • 光电效应、热电子
压电效应的应用—地震预测
带电体相互作用
• 静电摆球 • 静电跳球
尖端放电现象
• 避雷针 • 静电滚筒 • 富兰克林轮
• 放电盘 • 辉光球 • 静电吹风
等离子体
• 静磁现象
• 高斯炮
• “同性相吸”
顺磁质-铁磁体-软磁体
• 磁悬浮小哑铃 • 磁悬浮地球仪
2010年诺贝尔物理奖得主Andre Geim
超导磁悬浮
• 超导磁悬浮列车
• 电流磁效应
• 电磁铁吸盘
• 巴比轮—安培力 • 简易电动机
维氏起电机实验报告
维氏起电机实验报告维氏起电机在很多场合下都是作为高效率低耗的功率电机来使用的，所以其使用寿命较长，所以非常的适合于一些使用环境恶劣的场所。
维氏起电机的特点是采用了先进的摩擦理论，使得其在实际使用中能够提高效率。
同时还具备高效，低噪音，体积小等特点，其使用寿命也比较长，因此很多用户都在考虑维氏起电机。
其起动转矩和转速达到了最大，且转速稳定，可以有效地保证高质量电机，同时对起动电机内部线圈等部件采用高精度加工工艺也进行了严格规范管理等。
因此说维氏起电机可以很好地解决高转速下使用寿命长问题。
并且起电机内部具有自润滑性能，使其在工作中不会因摩擦而出现短路现象；同时还具有寿命长等优点。
所以说维氏起电机在各方面都是一款不错的起动电机。
现在我就来给大家展示一下这款起电机在不同环境下使用的表现问题吧！大家可以通过下面五个方面来进行检测:(1)电机线圈与线路板之间的连接情况;(2)电源电压是否满足额定值;(3)工作电流是否超过该功率;(4)功率因数是否高于1.5 k;(5)有无过载现象以及异常运行情况;(6)电源接线图如下：如果是电流表测量线，那么这个电流表是需要进行调试的。
1.首先将电流表和传感器连接，通过电流表测量电流，然后将测量的电流和测量的电压设置成相应的数值。
如果这款起动电机的电流小于等于额定电流的话，那么可以放心大胆地使用了。
那么这款起电机有没有过载或者异常运行呢？在我们做实验之前对于这款起电机的运行情况还不是很了解，我们可以先按照下面一个步骤来对起电机进行调试。
首先我们先将维氏起电机在220 V电压下运行五分钟左右。
然后我们将维氏起电机通电调试一下就可以测试出这款起动电机能够正常工作了。
我们把两个起动电机连接起来，然后我们先将起动电机通电调试一下就可以试着在220 V 电压下正常运行了，当然如果这种情况不能正常运行就需要让起动电机休息一下了。
将两个起动电机安装在同一个位置上进行观察，然后根据情况来调整起动电机之间各接点之间是否会有接触不良现象发生。
新型维氏起电机的研制与分析
Ａ ～Ａ 。 带正 电 ； 经过 集 电 杆 Ｃ Ａ ～Ａ 。 。时使 Ｃ 。
感应 带 上 正 电 ， ～Ａ 。 过 Ｃ Ａ 经 时使 Ｃ 感 应 带
Ｉ负 电 ． 二
Ｃ
集 电杆 莱顿瓶
图 ２ 起电示意图 １
同时 ， 前盘 相 对 旋转 的后 盘也 会 由于 静 电 与 感应 而 产 生 电荷 ： 图 ３所 示 ， 起 电机正 面 看 ， 如 从 实线 为 后 盘 电刷 位 置 ， 线 为 前 盘 电 刷位 置 ．金 虚 属 箔片 Ｂ。 带 正 电 ， ～ Ｂ 带 负 电 ； ～Ｂ Ｂ。 电刷 ｂ
块 互相 平行 的起 电盘 ， 块 盘上 一般 贴有 ２ 每 Ｏ片 金
盘顺 时 针转 动 ， 盘 逆 时针 转 动．假设 圆盘 开 始 后 转 动时 ， 前盘 上某 金属 箔 片 Ａ 带上 少 量 负 电 （ 电
荷 通常 由大 气 中的 离 子 提 供 ） 并 传 递 给 电 刷 ａ ，
维普资讯
第２ ８卷
第 １ 期
物 理 实 验
ＰＨ Ｙ ＳＩ ＣＳ ＥＸ ＰＥＲ Ｉ ＥＮ Ｔ ＡＴ Ｉ Ｎ Ｍ Ｏ
Ｖｏ ＿ ８ ＮＯ １ Ｉ２ ．
２０ ０ ８年 １月
Ｊｎ ，０ ８ ａ ． ２０
新 型 维 氏 起 电 机 的 研 制 与 分 析 氏 起 电 机 的研 制 与分 析 等 新
２ ９
研 究 可 以发现 ， 只要 摇 动 手柄 的 方 向能 够 使 前后 起 电盘上 金属 箔 片从 电刷 转 动 到集 电杆所经 过 的 角度 均大 于 ９ 。 ， 电机 就 能 起 电 并 产 生 火 花 Ｏ时 起
能 放 电 ．针 对 该 问 题 对 实 验 仪 器 进 行 了改 进 ， 达 到顺 时 针 或 逆 时 针 摇 动 手 柄 后 都 能 起 电 的 目的 ， 剖 析 了维 氏 起 电机 以 并
维姆胡斯感应起电机原理详解
维姆胡斯感应起电机原理丁炳亮一、小电荷的放大假如我们需要一个带1C 电量的小球，但是手头上只有一个带0.1C 电量的小球，如何能使小球的电量增加呢？下面将用一种非常简单的方法就可以使小球带的电量增加很多倍。
（第一步）（第二步）（第三步）刚开始只有小球A是带少量电荷的，经过第二、第三步后得到了带电量比小球A多小球B1、B2。
重复二、三步骤可以得到带更多电量的小球。
上面实验中旁边的小球称为施感小球，中间两个小球用金属导杆连接在一起构成了电偶极子，移去连接小球的金属导杆再移开旁边的施感小球即可得到两个带异种电荷且电荷量略比施感小球多些的小球。
当然，如果施感小球离中间两个小球太远就不一定能得到比施感小球多的电荷量。
假设施感小球带的电荷量为Q1，一个施感小球能使电偶极子一边的小球得到电荷量为KQ1（可以肯定K是小于1），电场具有叠加性，则左右两个施感小球能使电偶极子一边的小球得到电荷量为2KQ1。
2KQ1>Q1才能保证重复实验二、三步电荷量是不断增加的，即K>1/2。
另外，需注意是先移开连线中间小球的金属导杆再移开施感小球，否则中间两个小球不能得到感应电荷。
这点将在后面解释感应电机为什么反转不起电。
二、电荷的收集与存储为了能得到更多的电荷需要在小球带的电荷达到一定量时用装置存储起来，但是一次只收集存储其中的一对小球，也就是说要轮流收集两对小球上的电荷，因为要留一对做为下一步的施感小球。
存储电荷用的是一个特殊电容器（耐电压高，电容量小），称为莱顿瓶。
如果莱顿瓶一直连在小球上则一有些电荷就会被存储，施感小球的电荷量一直上不去，使得产生电荷速度缓慢。
所以需要在小球电荷达到一定量才开始收集存储。
实现该目的的方法就是利用间隙放电，如下图中的集电梳，集电梳与小球之间有一定的间隙，当小球电荷量达到一定量时，间隙放电，才开始对莱顿瓶充电。
电刷莱顿瓶三、用旋转装置实现电荷的产生和收集我们需要把上面实验的两对小球和两个金属导杆以及收集电荷的集电梳全部装到一个旋转装置中，该旋转装置通过旋转就可以自动重复完成上面实验的步骤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
维氏起电机
【实验目的】
演示起电现象，了解产生电荷的原理及其应用，观察电容器（莱顿瓶）的电容量
的变化情况。
【实验器材】
维氏起电机，包括由起电盘、放电球、莱顿瓶、感应电刷、皮带轮、集电梳、连接片，起电圆盘涂有许多片铝箔，如图37-1所示。
图37-1
【实验原理】
感应起电机是一种能连续取得并可积累较多正、负电荷的实验装置。
莱顿瓶是个电容，用来储电。
感应起电机在左右各有一莱顿瓶，两莱顿瓶集聚不同种电荷，
作为电源的正负极。
当顺时针摇动转轮上的摇柄时，由于在静电序列中铝排在铜之前，所以在圆盘转动时铝片与电刷上的铜丝摩擦而带上正电荷，铜丝带负电荷。
如图：假设刚摩擦时金属铝片S1带电量为Q1，与其在同一直径上的铝片S2带电量为Q2，Q1与
Q2有大小之分。
图37-2所示。
当圆盘转过90°时，S1与反面电刷B'相对，此时S2'、S1'分别与S1、S2相对。
假设Q1＞Q2，由于S1'与S2'之间有电刷连接，会引起自由电子移动，使得S1'
带正电荷，S2'带负电荷，图37-2（b）。
当圆盘再转过45°时，S1、S2分别顺时针转至与电极相接的悬空电刷E2、E1处，并在该处放电使E1、E2带正电荷，这些正电荷又被积聚在莱顿瓶C1、C2中，
图37-2（c）。
当圆盘再转过45°即S1转到与正面电刷B相对应时，S1与S1?相对，S2与S2'相对，刚经过放电的S1与S2恰好不再带有电荷。
S2?带负电使得S2感应带正
电，又由于与
图37-2
图37-3
金属刷上铜丝摩擦也使它带正电，在二者共同作用下S2带上了正电荷；对于S1来说，S1'上的正电荷使其感应带负电荷，由于金属刷的连接作用，S2所带的正
电荷会导致电子移动（如图37-3）使S1带负电，这样，虽然有摩擦产生的正电荷也会被以上两种作用所产生的负电荷抵消，因此S1还是带负电荷，图37-2（d）。
圆盘再转过45°时，S1'与S2'恰好分别转到悬空电刷E2?与E1?处。
带正电的S1'在E2'处放电后不再带电，E2?上的负电荷被中和使E2'带正电，这些正电荷被莱
顿
瓶C2积聚到放电叉T2的放电小球上；带负电的S2'在E1'处放电后也不再带电，且E1'上的正电荷被中和使E1?带负电，这些负电荷被莱顿瓶C1积聚到放电叉
T1的放电小球上，图37-2（e）。
如果圆盘又转过45°，S1又与S2'相遇，S2与S1'相遇，且此时S1', S2与反面电刷B'相对，S1'，S2'分别在E2、E1处放电后不再带电。
此时的电荷变化与过程（d）相似, 因此与S1相对的S2?带正电荷, 与S2相对的S1?带负电荷，图
37-2（f）。
当圆盘再转过45°，此时S1', S2恰好分别转到悬空电刷E1' E2处。
S1在E1处放电使得负电荷被积聚到放电叉T1的放电小球上，S2在E2处放电使得正电荷被积聚到放电叉T2的放电小球上，图37-2（g）。
之后转动摇柄，电荷的变化情况将重复过程（c）~（g），由于两盘的逆向旋转，转至与电极相接的悬空电刷E2、E2'处的金属片将全部带正电，转至与电极相接的悬空电刷E1、E1'处的金属片将全部带负电。
莱顿瓶C2感应到放电小球T2上的正电荷会越来越多，而被莱顿瓶C1感应到放电小球T1上的负电荷也会越来越多，当小球聚集一定电荷时，就会产生放电现象。
在莱顿瓶盖内放电叉与悬空电刷之间的空气也会被电离，使放电叉与悬空电刷在短时间内相当于一个导体，将事先聚集在莱顿瓶中的电荷大部分中和之后，再一次重复上述过程。
但是，起电机并不是从一开始就可以放电的，因为空气被击穿需要一定的电压，这就需要积聚一定的电荷，而放电叉T1、T2上电荷的积累需要一定时间，所以当起电机长时间不用后要摇动摇柄一定时间后T1、T2间的电压才能达到空气的
击穿电压而产生放电现象。
那么，反向转动摇杆时是否也会达到相同的效果呢？回答是否定的，因为反转时虽然起电机原理和正转一样，但由于正反两面的铝片在摩擦起电后都没有再经过另一侧电刷，而是直接在悬空电刷处放电，使两个莱顿瓶带有同种电荷，因此不
会放电。
【实验操作与现象】
1．把起电机放电球调整到合适的位置，摇动圆盘把手，当两个起电盘快速旋转时，放电叉的球部分别聚集起不同电性的大量电荷，而形成火花放电。
注意观察
放电现象。
2．将两个莱顿瓶外面导电层用连接片相连，注意观察放电火花明亮程度，同时发现两次放电间隔的时间加长，这是因为莱顿瓶总电容量增加所致。
若把连接片断开，莱顿瓶总电容量减少了，此时得到的放电火花较小，明亮程度与连接时比较，两次放电间隔的时间也缩短了，这就看清楚电容量的变化情况。
3．把放电球分开，用连接线与静电实验相连，观察实验现象。
（参考相应的静
电实验）
【注意事项】
1．起电盘应放在干燥及清洁的地方。
2．两电刷应互成90度夹角，各与横梁成45度。
集电杆的电梳针尖不能触及起
电圆盘。
3．电刷与金属铂片的接触要可靠。
4．两个传动皮带的其中一根在传动间交叉安装，以使两起电圆盘工作时反向旋
转。
5．操作起电机时，动作要缓和，由慢到快，但速度不能太快，过快了会影响中和电刷与导电层接触，反而不能起电，也容易损坏起电盘。
摇转停止时亦需慢慢进行，可松开手柄靠摩擦作用使其自然减慢，以防起电盘由于惯性从转动轴上松
脱。
6．起电机带电后和停止摇动时，由于集电杆等处带有电荷，操作者不要触摸实验设备，应将两个放电球接触，进行正负电荷中和，
7．两放电球接触后不能再转动摇把手，避免两个起电盘上所有导电层正负电荷
完全中和，不能再起电。
8．起电盘和莱顿瓶中的导电层切不可碰伤、划痕、粘水受潮。
转动轴要常加润
滑油。