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高中物理在电场一章详细介绍了使物体带电的方法,主要有接触起电、摩擦起电和感应起电;但怎样能使水带电学生却难以想象,本文将分别介绍四种能使水带电的实验方法,并从实验原理上作了说明.
1 使水直接带电的简易方法
实验装置如图1所示:将装有塑料柄B并盛有清水的金属漏斗A固定在铁架台M上;A的下端接一段橡皮管C;C的下端连接玻璃管尖嘴E,尖嘴内径约0.6 mm;C的外部装有螺丝夹D,以调节从E射出的水流大小;用导线将A与感应起电机G的正电极相连;E下端垫放的盛水金属罐J和验电器N相连;为防止漏电,在J下面垫上塑料板H.
实验时,先旋松螺丝夹D,使一股线状水滴流从玻璃尖嘴E射向金属罐J的中央.G起电后,可观察到:由E射出的水流向四周散射,验电器N的箔片逐渐张开,表明水流带上了电荷.出现上述现象的原因是,当金属漏斗A带上大量正电荷后,使从E嘴射出的水流也同样带上正电荷.由于同种电荷相斥,使线状水流变成向四周散射的水滴流.金属罐J在收集了带正电荷的水流后也带上了正电荷,并且随着所收集的带电水的增多,所带电荷也增多.但验电器收集到一定电荷数后不再增加,故箔片只能张开至一定的角度.上述原理如图2所示.
如果将漏斗A与感应起电机G的负电极相连,重复上述实验步骤,那么金属罐J将带上负电荷.
2 静电感应使水带电
实验装置如图3所示:将装有金属柄P并盛有清水的金属漏斗A固定在铁架台M上;A的下端接一段橡皮管C;C的下端连接玻璃管尖嘴E,尖嘴内径约0.6 mm;C的外部装有螺丝夹D,以调节从E射出的水流大小;M上另外固定一个带有塑料柄B的直径为15 cm的金属圆板K,使K与E嘴相距约几厘米;用导线将感应起电机G的正电极与金属圆板K相连;E的下端垫放的盛水金属罐J与验电器N相 连;为防止漏电,在J下面垫上塑料板H.
实验时,先旋松螺丝夹D,使线状水流向下射入金属罐J内偏右的部分.当G起电后,金属板K带上了正电荷.由于静电感应,使从E嘴射出的水流因感应带上负电荷,这些带有负电荷的水流因同种电荷相斥,也向四周散开.并由于异种电荷的相吸,使带负电荷的水滴流向K板偏转,然后落至J罐内.这就使收集带电荷水流的J罐也因此带上大量负电荷,从而使验电器N的箔片张开较大的角度.表明水流带上了电荷.上述原理如图4所示.
如果要使J罐收集到的水带上正电荷,可将金属板K与起电机的负电极相连接.
3 尖端放电使水带电
实验装置如图5所示:将大号缝衣针A固定在有机玻璃棒B上,B棒用铁夹子C固定在铁支座M上,A针下方放一只盛满清水的塑料盆D,D下垫有绝缘板F,A针尖端距水面约5 cm~10 cm,用导线将缝被针A与感应起电机G的正电极相连,再用一根导线一端与验电器N相连,另一端裸露部分插入D盆的水中.
实验时,转动感应起电机,使A针尖端处的面电荷密度增大,逐渐地使A针尖端附近形成很强的电场,以至产生尖端放电现象.A针尖附近空气中总带有残余的正、负离子,这些离子在电场力作用下做剧烈的加速运动,和空气分子相碰撞,将空气分子电离成许多新的正、负离子.在A针强电场作用下,这些正、负离子做定向运动:负离于受正电荷吸引,向A针运动,尽管被正电荷不断中和,但由于A处从感应起电机G的正电极中不断得到补充的正电荷,使A针始终保持正的强电场;正离子却受A针强正电场斥力作用,做远离A针的运动,到达D盆水中后,使盆内水带上正电荷.因此,验电器N的箔片逐渐张开.只要连续地转动感应起电机G,D盆内的水可获得大量正电荷,其对地电位甚至高达数千伏.上述原理如图6所示.
如果要使D盆内的水带上负电荷,只要将A针与感
1 使水直接带电的简易方法
实验装置如图1所示:将装有塑料柄B并盛有清水的金属漏斗A固定在铁架台M上;A的下端接一段橡皮管C;C的下端连接玻璃管尖嘴E,尖嘴内径约0.6 mm;C的外部装有螺丝夹D,以调节从E射出的水流大小;用导线将A与感应起电机G的正电极相连;E下端垫放的盛水金属罐J和验电器N相连;为防止漏电,在J下面垫上塑料板H.
实验时,先旋松螺丝夹D,使一股线状水滴流从玻璃尖嘴E射向金属罐J的中央.G起电后,可观察到:由E射出的水流向四周散射,验电器N的箔片逐渐张开,表明水流带上了电荷.出现上述现象的原因是,当金属漏斗A带上大量正电荷后,使从E嘴射出的水流也同样带上正电荷.由于同种电荷相斥,使线状水流变成向四周散射的水滴流.金属罐J在收集了带正电荷的水流后也带上了正电荷,并且随着所收集的带电水的增多,所带电荷也增多.但验电器收集到一定电荷数后不再增加,故箔片只能张开至一定的角度.上述原理如图2所示.
如果将漏斗A与感应起电机G的负电极相连,重复上述实验步骤,那么金属罐J将带上负电荷.
2 静电感应使水带电
实验装置如图3所示:将装有金属柄P并盛有清水的金属漏斗A固定在铁架台M上;A的下端接一段橡皮管C;C的下端连接玻璃管尖嘴E,尖嘴内径约0.6 mm;C的外部装有螺丝夹D,以调节从E射出的水流大小;M上另外固定一个带有塑料柄B的直径为15 cm的金属圆板K,使K与E嘴相距约几厘米;用导线将感应起电机G的正电极与金属圆板K相连;E的下端垫放的盛水金属罐J与验电器N相 连;为防止漏电,在J下面垫上塑料板H.
实验时,先旋松螺丝夹D,使线状水流向下射入金属罐J内偏右的部分.当G起电后,金属板K带上了正电荷.由于静电感应,使从E嘴射出的水流因感应带上负电荷,这些带有负电荷的水流因同种电荷相斥,也向四周散开.并由于异种电荷的相吸,使带负电荷的水滴流向K板偏转,然后落至J罐内.这就使收集带电荷水流的J罐也因此带上大量负电荷,从而使验电器N的箔片张开较大的角度.表明水流带上了电荷.上述原理如图4所示.
如果要使J罐收集到的水带上正电荷,可将金属板K与起电机的负电极相连接.
3 尖端放电使水带电
实验装置如图5所示:将大号缝衣针A固定在有机玻璃棒B上,B棒用铁夹子C固定在铁支座M上,A针下方放一只盛满清水的塑料盆D,D下垫有绝缘板F,A针尖端距水面约5 cm~10 cm,用导线将缝被针A与感应起电机G的正电极相连,再用一根导线一端与验电器N相连,另一端裸露部分插入D盆的水中.
实验时,转动感应起电机,使A针尖端处的面电荷密度增大,逐渐地使A针尖端附近形成很强的电场,以至产生尖端放电现象.A针尖附近空气中总带有残余的正、负离子,这些离子在电场力作用下做剧烈的加速运动,和空气分子相碰撞,将空气分子电离成许多新的正、负离子.在A针强电场作用下,这些正、负离子做定向运动:负离于受正电荷吸引,向A针运动,尽管被正电荷不断中和,但由于A处从感应起电机G的正电极中不断得到补充的正电荷,使A针始终保持正的强电场;正离子却受A针强正电场斥力作用,做远离A针的运动,到达D盆水中后,使盆内水带上正电荷.因此,验电器N的箔片逐渐张开.只要连续地转动感应起电机G,D盆内的水可获得大量正电荷,其对地电位甚至高达数千伏.上述原理如图6所示.
如果要使D盆内的水带上负电荷,只要将A针与感