大学物理实验报告

大学物理演示实验报告
-------电磁学部分实验物理和理论物理是物理学的两大组成部分，其发展共同形成整个物理学史的前进足迹，二者相互促进、共同发展。

当实验物理中有新的发现、出现新的结果时，就会激励和促进理论物理研究出现新的模型、理论，使人类对自然规律的探索向广深推进。

大学物理演示实验更是激发了同学们的试验兴趣和热情，通过奇妙的物理实验增进我们的理论学习！
而上周我们进行了本学期以来的第二次物理演示实验，本次的物理演示实验内容主要是电磁学部分，虽然说在大学电磁学这部分的知识我们还没有接触，不过凭借着在高中所学习的电磁学知识，我们还算是能够入门。

经过了这次的物理演示实验，我想在我的收获中最大的就是对电磁学有了具体的了解。

在高中的时候，虽然说我们也学习了电磁学这方面的知识，但是我们对于这方面的知识只是停留在理论的层面上，对于电磁学的知识并没有太多的直观的认识。

而这次的物理演示实验让我对于曾经看不见摸不着的电磁学有了具体的了解，让我对以后大学物理电磁学的学习有了更大的兴趣和动力。

经过了这次物理演示实验，我想很有必要进行一下这方面的总结，以便于在以后的大学物理的电磁学的学习上有更大的帮助。

（由于实验项目较多，我选择了几个我觉得比较好的实验进行说明）
【实验总结与归纳】
（一）电介质的极化
【目的】演示电介质在电场中的极化。

【仪器】静电高压电源；立式平板电容；纸人。

【操作与原理】
如下图所示。

将立式平板电容器的上下极板分别与静电高压电源两极相连。

打开开关，拔动旋钮5至50（5000
至50000伏），使电容器上下极板
带电，这样在两极板间形成电场。

把剪好的纸人放入电场中，由于纸
人在电场中被极化，每一个偶极子都在电场方向排列，所以纸人在空中总保持伸直状态。

当纸人碰到某一极板时，由于接触端与极板带了同种电荷而被排斥，使纸人又向另一极板跳去。

这样纸人便在两极板间不停的跳起舞来。

（二）高压带电作业
【目的】：演示高压带电作业，用以说明电位、电位差和等电位的概念。

【仪器】：感应圈（6V,DC）；铁塔模型；绝缘凳；铝板及挂钩；试电棒。

【原理和操作】：
将高压铁塔模型上的输电线与感应圈一极相连。

打开感应圈开关。

表演者立于地上，手持试电棒短暂接触塔上铜线，可见试电棒中放电管起辉，说明输电线与地之间有很高的电位差，因而此时人不可直接接触电线。

表演者站到绝缘凳的铝板上，将
与铝板相连的导线挂钩挂在高压
线上。

于是，表演者与高压线电
位相同，用试电棒接触高压线，
棒中放电管不亮。

这时表演者可
以随意接触高压线，进行不停电
的检修作业，这就是高压带电抢
修的原理。

站在绝缘凳上的表演
者若用试电棒接地，则放电管发亮，说明表演者与地之间有很高的电位差。

（此时表演者不可接触与地相连的导体，否则会触电。

若表演者接触在地面上的人则两人同时触电。

）
表演完毕后，注意切不可从凳上直接下来，必须先将铝板上的导线挂钩从高压线上摘下，然后才能从凳上走下来。

（三）静电除尘
【实验目的】：演示静电在工业生产上的一种
应用。

【实验用具】：感应起电机；烟囱模型；火柴；
发烟材料。

【实验方法】 : 将烟囱内作为两极的铜线分
别与起电机两极连接。

将发烟材料点燃，放
入烟囱底部，可以看到浓烟从烟囱里冉冉升
起，自顶端逸出。

摇动起电机，烟囱顶端立
即停止冒烟，且烟囱内部也由烟雾弥漫而变
得清澈干净。

这是因为烟囱内部形成的电场
靠近轴处较强，空气分子在强电场中电离，
形成正负离子，这些离子与烟粒相遇，使烟
粒分别带上正负电荷，它们在电场作用下，沉积在玻璃壁和中心铜线。

（四）避雷针原理
【实验目的】：观察尖端电晕放电现象；理解尖端电晕放电的应用：避雷针。

【实验仪器】：高压电源，绝缘支架，金属圆板，球状铜块，锥状铜块，电工钳。

【实验原理】：
根据静电平衡理论,带电导体达
到静电平衡时，整个导体是等势体,
表面是等势面，所带净电荷只能分布
在导体表面,且曲率半径小的地方电
荷密度大，而导体表面某处的电荷面
密度与当地紧邻处表面外侧的电场
成正比。

对于导体的尖端，其曲率半
径极小，因而电荷面密度极大，因此尖端邻域有极强的电场，在此极强电场的作用下，空气中残留的离子会发生激烈运动，并与空气分子相碰而使空气分子电离,引起气体击穿导电并发光，由此产生尖端电晕放电现象。

由于尖端放电，导体上的电荷会不断流失，因而导体上的电荷就不再积累得足够多而产生火花放电，也就是尖端放电的结果，使两极间的电压不能达到火花放电的数值。

若在建筑物上安装这种尖端导体，则在雷雨季节，建筑物上的尖端导体和雨中云层间连续产生尖端电晕放电，使雨中云层中的电荷与建筑物感应上来的异号电荷通过尖端导体的电晕放电中和掉，从而使建筑物不致积累过多的电荷而遭雷击，装在建筑物顶上防止雷击的尖端导体就是避雷针。

避雷针就是利用尖端电晕放电来避免强烈的火花放电的原理制成的。

【实验步骤】：
1、将两个绝缘支架上的两块金属园板与高压电源的两输出端相连，在下板上放一铜块，铜块上部呈球状，调节板距，使铜球顶部距上板1 cm左右；
2、打开电源，当两极板间电压超过10千伏时，铜球与上板间形成火花放电，放电后，两极板间电压下降，放电会暂时熄灭，待电压恢复后又再行放电，因此火花放电具有间歇性，上述过程重复出现，使铜球与上板间处于连续的火花放电状态，可看到跳动的火花，并听到噼啪声，这就是“雷击”模型；
3、用带绝缘柄的电工钳将一个顶端锥状的铜块放在下园板上（为了比较，两个铜块等高），此时上述铜球与上板之间的火花放电现象立即停止，同时在锥状铜块与上板之间隐约笼罩着一层光晕，叫电晕，且可听到咝咝的电晕放电声，这就是尖端电晕放电现象。

当尖端电晕放电的电晕层逐步扩大到附近其他导体时，电晕放电便过渡到火花放电，也就是说，尖端电晕放电是一种不完全的火花放电，而用尖端电晕放电现象取代“雷击”时的火花放电，就可以达到避雷的目的；
4、演示完毕后，先关掉电源开关，再用导线放电。

（五）鸟笼演示静电屏蔽
【实验目的】：观察金属笼(鸟笼)的静电屏蔽现象。

【实验仪器】：高压电源，鸟笼，导线，接地线。

【实验原理】：
根据静电平衡理论,空腔导体本身带静电与其处于腔外电场作用下，发生静电感应并达到静电平衡一样，空腔导体的内部空间不受导体外电场的影响，整个空腔导体是等势体,表面是等势面，且空腔导体的内部空间无所带净电荷, 所带净电荷只能分布在导体表面。

若导体空腔中原本无电荷，则导体内部空间的电场始终为零，净电荷也只能分布在导体外表面，而静电平衡时导体内部空间的场强为零这一规律在技术上应用的效果就是静电屏蔽。

本实验以鸟笼作为空腔导体，用
高压电源使鸟笼带电，因
此净电荷仅存在于笼体外
表面，笼内无电场，由此
可直观演示静电屏蔽现
象。

【实验步骤】：
1.把高压电源的输出
线连接到实验用的
金属鸟笼的导体座
上，并让电源的接地线接触地面；
2.开启高压电源开关，使鸟笼带电，调节电压输出到5KV左右，随即可
以看到鸟笼外表面各处的白色纸条张开，而其内部的纸条不张开。

说明鸟笼上所带静电分布在鸟笼的外表面，鸟笼的内表面不带电，并且金属丝笼的屏蔽作用使外电场对笼内空间不产生影响，因而鸟笼内电场为0；
3.演示完毕后，先关掉电源开关，再用导线放电。

（六）雅格布天梯
【实验目的】：观察高压弧光放电现象。

【实验仪器】：雅各布天梯演示仪。

【实验原理】：
无论是在稀薄气体、金属蒸汽或
大气中，当回路中电流的功率较大时，
能够提供足够大的电流，使气体击穿，
伴随有强烈的光辉，这时所形成的自
持放电的形式是弧光放电。

雅各布天梯是演示高压弧光放电
现象的一种装置，雅格布天梯的两电
极构成一梯形的两腰，底部间距小，
顶部间距大。

由于两电极间具有几万
伏高压，且能够提供足够大的电流，
在相距较小的底部产生较大场强，因
而其底部空气首先被击穿，同时产生
光和热，即弧光放电。

雅格布天梯的
底部产生的电弧加热空气，温度升高
的空气较易电离, 所以伴随弧光放电产生大量的正负离子，而离子存在的空气击穿场强下降，随着离子热空气上升，其上部的空气也被击穿放电，结果弧光区逐渐上移，就象圣经中的雅各布（Yacob以色列人的祖先）梦中见到的天梯一般壮观。

当弧光区升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使两电极间场强太小，不足以引起空气进一步的击穿放电，即两电极提供的能量不足以补充击穿空气时的声、光、热等能量损耗时，弧光因而熄灭。

此时高压再次将电极底部的空气击穿，发生第二轮弧光放电，如此周而复始，形成实验中的现象。

【实验步骤】：
打开电源开关，可看到高压弧光放电沿着“天梯”向上“爬”，同时
听到放电声，直到上移的弧光消失，天梯底部将再次产生弧光放电。

【改进意见】
电磁学这部分的实验相对于其他的实验来说危险性相当高，而就我的观察来说在做实验的过程中的安全工作还是不足。

如果发生意外，后果将不堪设想。

因此我建议在人群和实验器材之间放一个无法逾越的栏杆，将人和实验器材完全分离开，而不是只放一个小的围栏，我想这样的话对于实验者的安全有更好的保障。

【总结与归纳】
在这么多的物理实验中，我觉得以上实验给我了很大的启发,晦涩难懂的电磁学在这样巧妙的试验中展现的淋漓精致，让我不得不佩服这些实验的构思精妙，也让我对于电磁学有了极大的探索热情。

在这些试验中，我认为最好的还是电介质的极化这个实验。

因为就我个人而言，对于电介质的极化以前从来没有过概念，这个实验通过一个能够看得见摸得着的实验现象让我对于这个概念有了一个清楚的了解，虽然说对于这个概念一个实验尚不足以说明一切，但至少给了我一个直观的感受。

我想我会在即将到来的电磁学的学习会更加的努力。

另外，通过这次的大学物理演示实验，我觉得作为一名工科类的学生，我深知自己的实践能力仍十分欠缺，需要不断的提高，而物理实验正是一个很好的机会能够锻炼我的动手能力和思维创新能力，在学习及实验的同时我也学到了很多其他课程上没有学到的知识。

这样的学习方法使得我们可以更深入的理解实验的原理，也同时拓宽了我们的思维创新能力。

随着实验的水平的提高，对我们的要求也会越来越高，这更能够促使我们进步。

希望以后我们会有比较开放的实验，这样可以充分调动我们的动手能力，提高我们的实践水平。

我想，大学的物理实验并不重在对实验结果测量的准确性上，而是在与在实验过程中的思考问题的能力，以及将其付诸实验的动手能力，所以我期待着新的实验，期待着自己不断的进步。

在现阶段，我们所接触的实验还处在基础实验和提高部分，这些是以后创新实验的坚实基础。

因此，作为初学者的大学生，在试验中一定要培养自己的创新意识。

我一定会努力培养自己的创新意识，为以后的工作和学习做好铺垫。

对于物理实验，我最大的体会就是通过对其的学习与了解，我学到了很多关于大学实验的方法与要求，更重要的是，在自己亲自尝试与接触各种实验操作过程中，我了解到要作为一个合格的实验者，必须具备很多综合素质：1、科学的严谨性；2、解决问题的主动性；3、对知识的探索性。

物理实验教会了我许多东西，而这些东西，恰是我今后大学生活乃至日后的科学研究方面所必须具备的。