静电实验研究 实验报告

静电实验研究实验报告

0710130947 张臣

2010年5月19日

【实验目的】

1、掌握静电的特点，分析静电演示实验成功的关键。

2、掌握静电学的主要实验的演示方法；掌握韦氏起电机和范德格拉夫起电机的

构造及使用方法。

3、加深对静电现象及其原理的理解。

【实验器材】静电计

韦氏起电机、范德格拉夫起电机、验电器、验电羽、金属网、尖形布电器、平行板电容器、枕形导体、球形导体、起点盘及静电除尘装置、绝缘体等。

【仪器介绍】

一、验电器

验电器是用来检验物质是否带电的仪器。验

电器的结构如图1所示：

验电器的工作原理是当带电物质接触金属球

时，就会有很少的带电粒子传到验电器上面，金属

箔就会张开。验电器金属箔张开的角度和物质带电

量的大小成正比。

利用验电器判断物质所带电量正负的方法很

简单，先将一个物体与球接触，再将另一个物体与

球接触，张角变大表明两物体带同种电荷，张角变小

图 1 验电器示意图或张角先变小后变大表明两物体带异号电荷。

二、静电计

将验电器装上刻度盘与金属底座，就构成了一个静电

计，静电计的示意图如右图：

静电计可以测量带点物质的电势。将带点物质连接到小球

上，显示的就是对于地面的电势。将两个物体分别接于金

属球和底座，测得的就是两物体的电势差。

三、起电机

1、韦氏起电机

韦氏起电机是实验室常用的起电机，示意图如下：

图 2 静电计

图 3 韦氏起电机示意图

韦氏起电机是利用静电感应原理制作的，它靠莱顿瓶积累电荷。当积累的电荷达到一定的数量，两个金属球就会放电。

2、范德格拉夫起电机

图4 范德格拉夫起电机

范德格拉夫起电机是利用橡胶皮带将负电荷从内部不断的运送到电极上，使电机所带的电荷越来越多，电势也越来越高。理论上，对地电位可以达到无穷大。

【实验内容】

实验一演示感应起电

1、摩擦起电

两种物质相互摩擦，电子在力的作用下会从一个物体转移到另一个物体，两个物体就会带异号电荷。

丝绸摩擦玻璃棒，带正电。毛皮摩擦橡胶棒，带负电。

带电玻璃棒接触验电器，验电器有张角。带电橡胶棒接触验电器，张角闭合。可见两个带异号电荷。

2、感应起电

将带电物体靠近导体，由于同性相斥异性相吸，导体靠近带点物质的部分会带异号电荷，远离的部分带同种电荷。

将带电玻璃棒靠近验电器，验电器有张角，可见感应起电。将一个接地的导线接触验电器，验电器的张角闭合。将导线离开验电器，玻璃棒也远离验电器，验电器又有张角，表明验电器带电。接地的导线使验电器上与玻璃棒同号的电荷传到地上，验电器上就只有与玻璃棒异号的电荷。这时，拿带电橡胶棒接触验电器，验电器张角闭合。

图5 静电感应演示

同理，可用玻璃棒使枕型导体带电。先接近，测量枕型导体的两端，发现枕型导体两端带异号电荷，再分开枕型导体，玻璃棒远离，用验电器检验可以发现枕型导体两半带等量异号电荷。

3、起电盘感应起电

用丝绸或毛皮摩擦绝缘盘，就可使绝缘盘带电。将绝缘盘靠近铝盘，铝盘感应起电，用手接触铝盘，再放开手，远离绝缘板，铝盘带电。

4、感应起电机起电

感应起电机是利用静电感应原理制作的。

用范德格拉夫起电机做人体带电实验，可以使头发竖起来，但现象并不十分明显，只有一些头发的飞扬。

实验二演示电场线的形象

1、点电荷电场线

点电荷电场线是球形发散的。实验仪器是图6所示

的有很多验电羽的金属杆。

将仪器连接到起电机的一极上，就可以演示，呈发

散性。

图6 验电羽

2、异号电荷电场线

将两个验电羽分别接两个电极，即可演示，形状为中间连通，如图7

。

图 3 异号电荷电场线

3、同号电荷电场线

同号电荷电场线同异号电荷电场线的方法。结果与理论一致。

实验三 静电平衡时导体上电荷的分布

1、导体电荷分布于外表面

由于导体内有带电粒子，导体内有场强

就会引起带电粒子的移动，最终导致导体内

部场强为零，电荷只分布于外表面。

用一个球缺导体和验电器即可完成。

将球缺导体与带电的橡胶棒多次连接，

使球缺导体带电，用与验电器连接的导线接

触球缺导的外表面和内表面，观察发现外表

面有示数但内表面电荷分布面没有，所以导

体电荷分布于外表面。

2、电荷分布与曲率有关

电荷分布于曲率有光，曲率越大，电荷

分布越多。

用尖形布电器和验电器演示电荷分布与

曲率有关。将尖形布电器带电，哟哦那个不

带电的金属棒接触布电器的柱面和尖端，即

可发现尖端验电器张开的角度比柱面大。如

图九

3、尖端放电

因为尖端所带的电荷很多，所以尖端会放电。

用起电机给尖形布电器带电，将蜡烛放于前方，即可发现蜡烛火焰似乎被风吹向一边，是尖端放电引起的风吹动蜡烛火焰的。如图10 图8 导体表面电荷分布

图9 电荷分布与曲率关系

图 4 尖端放电

4、导体表面是等电势面

导体的表面有自由电荷，如果表面

不是等电势的，自由电荷就会移动，所

以导体表面是等电势面。

实验方法是让尖形布电器带电，用

一个导线将静电计和尖形布电器连接在

一起，在布电器表面移动金属棒，可以

发现静电计的示数没有发生变化，可见

导体表面是等电势面。

图11 导体表面是等电势面演示实验四静电屏蔽

导体处于平衡状态时，导体内部电场为零。因为如果有电场，导体内的自由电子就会移动，最终结果是使得导体内的电场为零，此即静电屏蔽。

演示实验时，金属网的内不和表面各接一个验电羽，发现外面的验电羽张开

。所以导体内部的电场为零，即发生静电屏蔽。

而里面的没有张开，如图12

图12 静电屏蔽

实验五平行板电容器的电容

平行板电容器的公式为：

C为平行板电容器的电容，为介电常数，S为平行板的面积，d为平行板之间的距离，Q为平行板电容器的带电量，U为平行板的电势差。