实验装置及实验器材

1、第五章第一节 分析装置的原理和特点验电器的原理静电计与验电器根据实验装置的特点使用验电器与静电计第二节 分析仪器的结构、原理和性能感应起电机和范德格拉夫起电机的原理玻璃液体温度计的制作过程迈克尔逊干涉仪分析仪器的结构并改进、自制仪器验电器的发展史早在16世纪，英国的吉尔伯特在系统地观察静电现象时，制作了第一只试验用的验电器。他用一根极细的金属棒，中心支承在支座上，使棒可以自由转动。当摩擦后的带电物体靠近金属棒时，金属棒会被吸引而向带电体转过去。由此可以探测物体是否带电。18世纪30年代，法国的杜费为了对电现象做深入的研究，他在吉尔伯特工作的基础上对验电器进行了改进，用金箔代替了金属细棒。在以后

2、的几十年中，人们设计、使用了各种各样的验电器，其中最出名的是1786年A.贝内特的金箔验电器我们现在常用的验电器验电器的原理：感应带电接触带电两片金箔带上同种电荷后相互排斥而产生一定的张角。两片金箔带上同种电荷后相互排斥而产生一定的张角。验电器的用途： 检验物体是否带电：将待检验物体靠近或接触验电器的金属球，根据金箔是否张开可判断该物体是否带电。 辨别电荷的种类：先使金箔带上某种已知电荷，箔片张角在40度60度为宜。再将待测带电体渐渐移近验电器的金属球，根据金箔张角的增减判断带电体电荷的正负。 检验物体的绝缘性：先使验电器带电，金箔张开。然后用待测物体去接触验电器的金属球，若金箔张角不变，表示

3、该物体的绝缘性很好；若金箔立即下落，表示该物体的绝缘性很差。 比较导体电容的大小：让两导体带等量的电荷，然后让它们分别与不带电的验电器接触，根据两次金箔张角大小的不同，可判断两导体电容的大小。 判断导体的电势高低：验电器改装成静电计。验电器与静电计验电器的结构：常用的验电器一般由外壳、绝缘塞、导棒、按在导棒下端的箔片 等部件组成，如图甲所示。静电计的结构：把验电器的玻璃瓶改为金属盒（盒上留一玻璃窗作观察用），箔 片改为带刻度的金属指针，就成为一个能定量测量电势差的静电 计，如图乙所示。测量导体A与B的电势时，将A、B分别与静电 计的金属棒及盒相连，棒与盒间便出现电场，指针表面的电荷便 电场力作

4、用下偏转，这个电场力包括棒上同号电荷的斥力及金属 盒内表面异号电荷的吸力。静电计与验电器的区别：1、把玻璃瓶改为金属盒，以便静电屏蔽；2、金属棒及盒各自引出导线，以便测量两点间的电压；3、增加刻度，以便定量测量如何用静电计测量单个导体的电势？如何用静电计测量单个导体的电势？感应起电的演示实验作为应用例子，我们来讨论静电感应和静电起电的一个演示实验如图所示。（a）将带电体靠近靠近静电计导体棒上的小球，指针偏转；（b）将静电计导体棒接地，指针下垂；（c）撤去导体棒的接地线，指针任不动；（d）移去带电体，指针又发生偏转。根据实验装置和实验原理使用验电器和静电计验电器：侧重于检验静电荷静电计：侧重于检

5、验电压或电势。其实两者的本质是相同的 测静电荷等价与测电势实验1:验证干电池两端带有静电荷1、为什么干电池两端带有静电荷？ 电池内部存在非静电力电池内部存在非静电力2、电池接在验电器上却难以观察到使金箔张开？ 电池两端电压太小或两极电荷太少电池两端电压太小或两极电荷太少由于干电池的电压已经确定，所以我们只有增大静电荷的数量，使得验电器能检测出干电池两端的确存在静电荷。 根据上述设想可以设计一个实验方案，如图所示。将平行板电容器的两个极板与干电池两极相连，以作为电池的两新极板。两极板靠的越近，电容越大。这时，虽然两极板间的电压仍然等于电池的电动势，但是极板上的电量已经想当多。然后把两极板与电池断

6、开，将其中的一块极板与一只金箔验电器的导棒相连接，即可见验电器箔片张开了一个明显的角度，如图（b）所示，由此说明电池两端有静电荷。实验2：感生电动势的演示 高中物理课本在引入感生电动势概念后便指出，“在电磁感应现象中，不管电路是否闭合，只要穿过这个电路所围面积的磁通量发生变化，电路中就有感生电动势。如果电路时闭合的，电路中就有感应电流，如果电路时断开的，电路中就没有感应电流，但感生电动势仍然存在。” 为了帮助中学生理解这段话，可采用如图所示的实验装置。图中，C为线圈，S为碰撞开关，A、B为靠的很近但不接触的绝缘金属平板。当条形磁铁从线圈中迅速抽出时，线圈中的磁通量迅速变小，线圈导线中的自由电子

7、在涡旋电场的作用下，向某一平板堆聚，从而使两平板带上大量异号电荷。当条形磁铁冲击碰撞开关，切断了A板与线圈的通路，A板上的大量电荷就被保留下来。这时，A板上的对地电压是不大的（不会超过线圈产生的最大感生电动势），它不一定能使得（验电器or静电计）张开一个可见角度。然后，移开B板，使平行板电容器的电容大大减小，这时，A板的对地电压就大大增大了，可见，验电器箔片张开了一个明显的角度。实验3：光电效应演示实验高中物理课本在讲到光电效应时，都首先介绍了这样一个实验：把一块擦得很亮的锌板连接在灵敏验电器上，用弧光灯照锌板（如图所示），验电器的指针就会张开一个角度，表示带了电。了解仪器的结构和原理 在物理

8、实验中，对仪器操作是否正确关乎实验的成功与否，因而使用仪器前首先要熟悉仪器的结构，了解其工作原理、使用方法和操作规程。 感应起电机 范德格拉夫起电机感应起电机(韦氏起电机机) 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。感应起电机的基本原理 利用静电感应可使中性导体带电。如图（a）的B1和B2是紧密接触的两个中性导体，A是带电导体。在A的感应下，B1B2两端出现异号电荷。将B1B2分开少许（图b），电荷分布应与图（a）基本相同。将A移去再令B

9、1B2任意远离（图c）,便得到两个带电导体。 利用上述原理制成的感应起电机是静电演示实验中连续产生静电荷和高电压的仪器。左边的实物图中，黑色部分是两个绝缘圆盘，盘边均匀地粘有锡箔条。两盘外侧各有一个两端带有金属刷子（电刷）的金属杆 ，两杆互相垂直（图中只看见一个）。摇动摇杆可使两盘反向转动。右边是起电机原理的示意图。（*）范德格拉夫起电机（范式起电机） 范德格拉夫起电机（Van de Graaff generator），又称范德格拉夫加速器，是一种用来产生静电高压的装置。该装置于1929年由荷兰裔美国物理学家罗伯特杰米森范德格拉夫发明。范德格拉夫起电机通过传送带将产生的静电荷传送到中空的金属球

10、表面。范德格拉夫起电机非常易于获得非常高的电压，现代的范德格拉夫起电机电势可达500万伏特，常常用于静电加速器的加速势。范德格拉夫起电机的原理如图是静电加速器的示意图，除去离子源就是范德格拉夫起电机。图中K是中空金属罩（近似于封闭金属壳），叫做高压电极。在金属轮A和B间一条由绝缘材料制成的传送带，带的下端附近装一排针尖C，针尖与直流电源（电压约几万伏）的正极相接，电源的负极与轮A接地。这样，针尖C与轮A之间的几万伏电压使附近空气电离，负电荷跑向针尖，正电荷跑向传送带并附于其上。用电动机带动轮A，传送带就带着正电荷向上运动。高压电极内侧也装有一排针尖D，它在传送带的正电荷感应下带负电，传送带与针

11、尖之间形成强电场并使空气电离。空气的正负电荷在电场力作用下不断跑向针尖和传送带。高压电极近似是封闭金属壳，则壳的内壁（包括针尖）只能具有与壳内空间异号的电荷，即负电荷，故针尖得到的正电荷不断传到电极外壁，并使电极与地之间的电压不断升高，可达数兆伏。了解仪器的制作过程尽可能了解仪器的制作过程，对于弄清楚仪器结构、原理，对于正确操作、正确使用仪器，对于修理仪器以及仿制、改进、自制仪器都是相当有益的。玻璃液体温度计的制作过程1、水银温度计2、酒精温度计3、煤油温度计问题一：温度计液柱上面的空间是否与大气相通？是否为真空？问题二：在常温下，酒精的沸点只有78.4度，为什么酒精温度计还能测量到100度？

12、水银温度计 水银的凝固点是-38.87度，在一个大气压下的沸点是356.7度。为了防止水银被氧化和提高水银的沸点，从而提高水银的测温上限，制造时讲温度计中的空气抽出，充以惰性气体，如氦气、氩气或氮气等。若充入氮气的压强为2.5106 Pa，则测温上限是550度；若充入氮气的压强为7106 Pa,则测温上限是750度。水银温度计的测量范围可达-30度1200度。医用体温计1、为什么医用水银体温计可以拿离被测物体后读数？2、由于弯管的作用，弯管上方的水银柱退不回玻璃泡中，此时弯管处出现真空，那么为什么水银柱上方的气体压力和水银柱自身的重力不能将水银柱压下（退回），以填补这个真空呢？ 水银体温计上方

13、接近真空 水银的表面张力大、表面能大酒精温度计（酒精常染成蓝色） 酒精的凝固点是-112度，在1.01105Pa下的沸点是78.4度。仪表厂制造酒精温度计时，设法在测温液柱上增压3105Pa左右来提高酒精的沸点。酒精温度计的测量范围-100度100度煤油温度计（煤油常染成红色） 煤油为有机混合物。在石油分馏产物中分子所含碳原子数C11C16的统称为煤油。所以煤油有各种不同牌号，其沸点、凝固点均不同。一般煤油温度计的测温范围是-50度100度。煤油里配入适量的烛红染成了红色。煤油温度计的液柱上方是不充气加压的。分析仪器的结构原理与改进和自制仪器许多仪器，大多是经过使用、不断改进，逐步完善的。改进仪器、纺织仪器必须在分析了解仪器的结构和工作原理的基础上进行。1、改进仪器方案要有理有据 对于仪器中进行改进的部分，要能说出改进的道理。这些部