电磁学演示试验1课件

物理探索与演示实验电磁学部分物理探索与演示实验电磁学部分1绪论电磁学是经典物理学的一部分。它主要是研究电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷、电流的作用，以及电磁场对物质的各种效应。电磁现象是自然界存在的一种极为普遍的现象，它涉及到很广泛的领域；电的研究和应用在认识客观世界和改造客观世界中展现了巨大的活力。绪论电磁学是经典物理学的一部分。它2电磁理论建立过程中的几个关键阶段：1、对自然界中电磁现象的观察和认识（定性研究）；2、库仑实验定律（电荷相互作用的定量研究）；3、科学家伏打等人发现电流并制成伏打电堆（从静电的研究进入到研究动电的新阶段）；4、奥斯特实验和法拉第电磁感应定律（揭示了电和磁的相互联系）;5、麦克斯韦电磁理论和电磁波（电磁理论的统一）。电磁理论建立过程中的几个关键阶段：3实验一静电感应盘【实验目的】

演示起电盘被带电体感应而起电的现象。【实验器材】

起电盘—是带有绝缘柄的铝质空心圆盘，塑料板，绸子，氖泡，如图所示。

实验一静电感应盘【实验目的】4【实验原理】

感应起电原理如图所示【实验操作与现象】

1．用绸子摩擦塑料板的上表面，塑料板便带上正电，然后将起电盘放在塑料板上，如图1所示。虽然起电盘与塑料板相接触，但两个面不会是完全密合的，仅少数点相接触，因此电荷的转移不是主要的，主要的仍是感应起电。由于起电盘与塑料板靠得很近，感应现象显著。

2．手持氖泡接触起电盘，氖泡的一端产生一次闪光。这是由于起电盘上感应的正电荷所产生的电位较高，足以使着火电压70伏左右的氖泡点燃放电。放电后，起电盘上正电荷消失。

3．移去氖泡，将起电盘提起，再用氖泡接触起电盘，则在氖泡的另一端产生一次闪光。这是由于提起起电盘，盘上的负电荷所产生的负电位使氖泡点燃放电。放电后，负电荷消失。

4．由于实验过程中塑料板上电荷的转移是极有限的，因此塑料板只需摩擦一次，不断地放下和提起起电盘，并不停地用氖泡接触起电盘，可以观察到氖泡两头交替地闪光。【实验原理】

感应起电原理如图所示5实验二感应起电机【实验目的】

演示起电现象【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，如图所示实验二感应起电机【实验目的】6【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。【实验原理】7实验三静电跳球【实验目的】

演示同号电荷相斥，异号电荷相吸的现象。【实验器材】装有金属小球的圆形容器，感应起电机，如图所示

【实验原理】当装有金属小球的圆形容器上下两极金属板分别带有正、负电荷时，此时金属小球也带有与下板同号的电荷。根据同号电荷相斥、异号电荷相吸的原理，金属小球受下极板的排斥和上极板的吸引，跃向上极板。一旦金属小球与上极板接触后，金属小球所带的电荷被中和反而带上了与上极板相同的电荷，于是又被排斥返回下极板。如此周而复始，可观察到金属小球在密闭的容器内上下跳动。当两极板电荷被完全中和时，金属小球随之停止跳动。【实验操作与现象】把电源正、负极分别接在密闭容器的上极板和下极板处，接通高压电源，即可看到金属小球在容器内上下跳动，关闭电源金属小球停止跳动。实验三静电跳球【实验目的】【实验原理】8实验四静电摆球【实验目的】

用感应球来演示静电感应现象

【实验器材】

静电摆球演示仪，感应起电机，如图所示。金属球极板实验四静电摆球【实验目的】金属球极板9【实验原理】

当两极板分别带上正、负电荷时，这时导体小球两边分别被感应出与邻近极板异号的电荷。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。持续加电，球就在两极板间往复摆动，并发出乒乓声。关闭电源后，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。将金属球调节在两极板中间，因小球两边电场力几乎相等，故球不动。【实验操作与现象】1．将两极板分别与感应起电机正负极相接。调节细有机玻璃棒，使球略偏向一极板。2．开启高压电源，可以看到金属球在两板之间来回摆动。3．演示完成后，关闭电源并进行人工放电。【注意事项】1．操作过程中，不要触摸实验设备，以免触电。【实验原理】10实验五尖端放电【实验目的】演示蜡烛的火焰在“电风”的吹动下的偏移，富兰克林轮在“电风”的推动下的的转动，观察尖端放电现象。【实验仪器】直流高压电源、尖端放电装置实验五尖端放电【实验目的】11【实验原理】在静电学中我们知道，导体表面的电荷分布与导体的表面曲率有关，表面曲率半径越大，电荷分布越少；反之越多。而表面附近的电场与表面电荷成正比，所以，表面曲率半径越小，表面附近电场越强。当电场到达一定量值时，附近空气中残留的离子在这个电场作用下，将发生激烈的运动，并与空气的分子碰撞而产生大量离子。那些和导体上电荷异号的离子，因受导体电荷吸引而移向尖端，与导体上电荷相中和；而与导体上电荷同号的离子，则因受导体电荷排斥而飞向远方形成“电风”。

【实验原理】12【实验操作与现象】

把高压电源任一极接在柱的金属部分上，接通高压电源，则放电轮的尖端发生放电，使空气电离，电离分子离开尖端，使轮子受到反冲，因而轮子沿着弯曲的针尖的反方向转动起来。演示后，关闭电源。【注意事项】

由于电源电压较高，关闭电源后，不能完全充分放电，故应取下电源任一极接头，与另一极接头相碰触人工进行放电，以确保仪器设备和操作者的安全。

【实验操作与现象】13实验六避雷针工作原理【实验目的】演示尖端放电现象，理解避雷针的工作原理。【实验器材】避雷针演示仪，直流高压电源，如图所示。实验六避雷针工作原理【实验目的】14【实验原理】当避雷针演示仪接通静电高压电源后，绝缘支架上的两个金属板带电了。在极板间电压超过1万伏时，由于导体尖端处电荷密度大于金属球处，所以金属尖端附近形成了强电场，在强电场的作用下，空气分子被电离，致使极板和金属尖端之间处于连续的电晕放电状态，即尖端放电现象。而金属球与极板间的电场不能达到火花放电的数值，故金属球不放电。在实际应用中，尖端导体与大地相连接，云层中的电荷通过导体与大地中和，因而避免了人身和物体遭到雷电等静电的伤害。如高层建筑物顶端都安有高于屋顶物体的金属避雷针。【实验原理】15【实验操作与现象】1．将静电高压电源正、负极分别接在避雷针演示仪的上下金属板上，把带支架的金属球放在金属板两极之间。接通电压，金属球与上极板间形成火花放电，可听到劈啪声音，并看到火花。若看不到火花，可将电源电压逐渐加大。演示完毕后，关闭电源。2．用带绝缘柄的电工钳将带支架的顶端呈圆锥状（尖端）的金属物体也放在金属板两极之间，此时金属球和尖端的高度一致。接通静电高压电源，金属球火花放电现象停止了，但可听到丝丝的电晕放电声，看到尖端与上极板之间形成连续的一条放电火花细线。若看不到放电火花细线，将电源电压提高。演示完毕后，关闭电源。【实验操作与现象】16实验七电介质极化【实验目的】模拟电偶极子在电场中定向排列，说明电介质极化的微观机理。

【实验器材】电介质极化演示仪，感应起电机，如图所示，实验七电介质极化【实验目的】17【实验原理】

电偶极子－两个大小相等符号相反的点电荷+q和-q，当它们之间的距离r比所考虑的场点到二者的距离小得多时，这一电荷系统就称为电偶极子。电偶极子在电场中受力矩作用，使电偶极子转到平行于电场的方向。电介质内的有极分子在没有外加电场的情况下，由于热运动其分子电矩杂乱无章地取向。从宏观上看没有偶极矩。当外加一电场后，在电场的作用下，每个偶极矩都趋向于与外场一致，宏观上表现出极化现象。【实验操作与现象】

将静电高压电源正、负极接在电介质极化演示仪的两极板上，此时电介质极化演示仪内模拟电偶极子的石蜡细棒排列方向是混乱状态（沿任意方向）。当接通电压，模拟偶极子极化使两端带上等量异号电荷，从而形成偶极子，并立即由混乱状况变为有向排列。关闭电压，则偶极子又处于混乱状态。【注意事项】关闭电源后，把两极相碰触进行放电，确保仪器设备和操作者的安全。【实验原理】

电偶极子－两个大小相等符号相反的点电荷+q和-18实验八电介质对电容的影响【实验目的】利用圆形的平行板电容器与一圆形电介质，演示电介质对电容的影响。【实验器材】

实验八电介质对电容的影响【实验目的】19【实验原理】

当一个平行板电容器中间介质为空气时，则电容量为C，如果在两极板之间插入一介电常数为ε的电介质，则电容量将增大ε倍，这是因为电介质插入电场中，由于电介质的极化，而产生束缚电荷，削弱了原来的电场强度，在电容器极板上电量不变的情形下，两极板间场强的削弱，都会导致电位差的下降，由公式C=Q/U可知，U的减小，Q保持不变，则引起了C的增大。【实验操作与现象】

将电容器的两极板接在验电器上，然后用起电机将两极板带电，这时将看到验电器指针有一定偏转角，验电器指针偏转角的大小反映了电容器两极板间电位差的大小。带上电后，拿掉充电的起电机，把用环氧树脂板做成的电介质，插入两极板之间，这时，验电器的偏转角将减小，这说明电容器极板的电位差减小了，由于起电机已拿掉，电容器极板与外界绝缘，极板上的电荷量Q保持不变，所以电位差U的减小，则意味着电容C的增大，即插入电介质起到了增大电容的作用。【注意事项】1、当用起电机给极板带电后，即将电介质板插入，以免时间长电荷流失。

2、插入电介质时，请不要碰到极板。

【实验原理】20实验九压电效应实验目的

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：实验九压电效应实验目的21一.压电效应（PiezoelectricEffect）

由物理学知，一些离子型晶体的电介质(如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等)不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象.实验原理一.压电效应（PiezoelectricEffect）22二、逆压电效应若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，且其应变S与外电场强度E成正比：S=Dt*EDt是逆压电常数矩阵.这种现象称为逆压电效应，或称电致伸缩。二、逆压电效应若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质23实验十手触式蓄电池演示仪【实验目的】通过双手分别触摸铜板和铝板产生电流这一现象演示化学电池的工作原理。【实验器材】实验十手触式蓄电池演示仪【实验目的】24【实验原理】两块金属板分别相当于电池的两个电极。人手上有汗液，汗液是一种电介质，里面含有一定量的正负离子。当手分别放在铝板和铜板上时，铝比铜活泼，铝板上汗液中的负离子发生化学反应，而把外层电子留在铝板上使铝板聚集了大量负电荷。如果用导线把铝板和铜板连接起来，铝板上的电子将向铜板流动，于是串联在导线中的电流计上便有电流通过。同样，把铝片和锌片插入硫酸溶液中，也会在电路中有电流，这就是我们常见化学电池的工作原理。

【实验操作与现象】当把双手分别放在两块金属板上，你会发现指针转动了，这说明了电路里产生了电流。两手越湿润，电流表指针偏转越大。

【实验原理】25实验十一帕尔帖效应演示仪【实验目的】观察锑铋金属棒两端的温度与其通电电流的关系了解帕尔帖效应的工作原理【实验器材】实验十一帕尔帖效应演示仪【实验目的】26【实验原理】电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量，这就是帕尔贴效应。由帕尔贴效应产生的热流量称作贴尔贴热，用符号QP表示。对帕尔贴效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能极，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两种材料的交界处以热量的形式吸收或放出。【实验原理】27【实验操作与现象】1、接通电源，打开电源开关，电流将沿某一方向流动，由于帕尔贴效应，不能立刻显示温度的变化，则两块温度显示装置的读数开始应该相同，都应为室温；2、将换向开关按下，电流在锑铋金属棒中反向，测温探头将温度测试出来，观察比较左右两侧的温度显示装置读数；3、再将换向开关弹出，电流再反向，再次观察比较左右两侧的温度显示装置读数。【实验操作与现象】28实验十二低气压下辉光放电实验目的演示低气压下辉光放电现象实验仪器低气压下辉光放电演示仪，结构如图所示：实验十二低气压下辉光放电实验目的29实验原理在一个置有板状电极的玻璃管内充入低压气体，当两极间的电压增加到一定数值时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能撞击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。管内出现美丽的发光现象，这就是辉光放电。辉光放电的特征是其电流强度较小，温度不高，放电管内有特殊的亮区和暗区。辉光放电可分为阴极辉层、克鲁克斯暗区、阴极辉区、法拉带暗区、阳极辉柱、阳极辉层和阳极暗区。气压继续降低，阳极辉柱辉光减弱并出现明暗相间的辉纹。

实验原理30实验操作与演示1、将高压电源接在放电管的两极上，当管内为一个大气压时，接通电源，放电管不放电；2、开动抽气机，管内气压下降到几十毫米汞柱高时，接通电源，管内开始放电，两极间有不稳定的紫红色带状光柱。当气压继续下降到几毫米汞柱时，管中光柱红色并充满全管；3、当气压下降到1毫米汞柱左右，气体放电的辉光变为淡桃红色，并出现特有的暗区和亮区；4、当气压降至10-2毫米汞柱量极，辉光己很弱而玻璃壁上出现荧光。实验操作与演示31实验十三辉光球、辉光盘实验目的进一步观察和认识辉光放电现象实验仪器辉光球、辉光盘实验十三辉光球、辉光盘实验目的32

辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

辉光球工作时，在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。

实验原理辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm33人体辉光

1911年伦敦有一位叫华尔德·基尔纳的医生运用双花青染料刷过的玻璃屏透视人体，发现在人体表面有一个厚达15毫米的彩色光层。疾病辉光，在医学领域，根据人体发出的冷光信息，不仅可以判断一个人的健康状况，还可以用来诊断疾病。在疾病发生前，体表的辉光会发生类似太阳的“日晕”现象。一般认为呈红亮色的光说明健康状况良好，呈灰暗色的辉光则说明病重。爱情辉光，在男女交往中，人体辉光还是爱情的标志。前不久，美国学者在一家照相馆利用一种高科技微光检测仪对一些拍摄订婚照、结婚照的男女进行观测，发现情侣手挽手拍照时，女性指尖上的光晕特别亮，并向男方指尖延伸过去；而男子的指尖光晕却会略微后缩以顺应女性的光圈。意识体能辉光，科学家预测：人体辉光还可以应用于其他方面，有的科学家把人体辉光用到犯罪学中去，因为人体辉光会随着大脑思维方式、行为意向的变化而产生不同的晕圈。对犯人也能进行“人体辉光监控”，如犯人企图说谎，身上的辉光便辉出现种种彩色斑点交替闪耀跳动。人体辉光产生的原因，科学家们至今各抒己见。一些人认为辉光现象除了人体白细胞之外，还可能使人体体表某种物质、射线与空气复合产生的，或是一种水汽和人体盐分与主频电场作用的结果，或是人体的光导系统——经络系统显示它的“庐山真面目”。人体辉光34实验十四矩形载流线框在磁场中受力方向实验目的模拟一个矩形载流线框在稳恒均匀的磁场中其竖直两边所受安培力的方向实验仪器实验十四矩形载流线框在磁场中受力方向实验目的35实验原理

矩形载流线框在均匀磁场中所受的磁场力称为安培力。线框垂直于轴线的两条边所受的力互相平衡，而平行于轴线方向的两条边受的力大小相同方向相反、与这两条边垂直且不在同一直线上，形成力偶并产生力矩，使线框转动。

实验操作与演示接通电源，打开电源开关，模拟载流线框将匀速旋转，转速8r/min。在旋转同时，固定在线框竖直边上的受力方向指示箭头始终指向线框两竖直边所受安培力方向。也可以演示当线框旋转到某一位置时所受的力及力矩的方向，关闭电源，观察线框在某瞬间位置时，线框两竖直边所受安培力的方向及力矩的方向。实验原理36实验十五投影式洛仑兹力演示仪实验目的

演示运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力。实验原理

运动带电粒子在磁场中受的力F叫做洛仑兹力，F=qv×B。洛仑兹力的方向总与带电粒子速度的方向垂直，洛仑兹力永远不对粒子作功。实验十五投影式洛仑兹力演示仪实验目的37实验操作与演示1、将6V直流电源的正负极分别接在两环形电极上，硫酸铜溶液中正的铜离子和负的硫酸根离子分别向负正极移动。2、合上电磁铁的电源开关，若内环是正极，在磁场的作用下，可以观察到两电极之间的溶液沿顺时针方向流动，在液面上放一纸制浸腊小船，液体的流动推动小船环向运动，演示效果明显。3、如果内环接负极，电磁铁的极性不变，则小船运动反向。这是由于当溶液的正离子在电场作用下沿径向移动时，由于磁场的作用，受到一个与径向垂直且平行于液面的洛仑兹力的作用。对于反向移动的负离子来说，洛仑兹力方向相同，因而正负离子均获得与洛仑兹力方向一致的动量。这些正负离子与溶液分子相撞，推动溶液环向流动。实验操作与演示38NE实验十六电磁感应现象【实验目的】

演示几种最基本的电磁感应现象，理解和掌握电磁感应定律。【实验器材】

1号线圈，均匀绕在内径55mm，长95mm的骨架上。2号线圈，绕在长85mm，内径20mm的骨架上。条形磁铁，为铝铁炭材料，长170mm，宽20mm，厚10mm，磁场强度800~1000GS。软铁棒是Φ13mm×130mm低炭钢材料。24V直流电源自配，最大电流为1.5A。示教电表1个。连接线若干。NE实验十六电磁感应现象【实验目的】39

式（1）中，N为线圈匝数，

为通过单匝线圈的磁通量，负号是楞次定律【实验原理】

由于通过线圈回路的磁通量随时间变化而在回路中出现电动势的现象称为电磁感应现象。若回路闭合，则会有电流，线圈回路中出现的电流称为感应电流。法拉第电磁感应定律第二类：导体或导体回路不动，磁场（B）随时间变化，引起变化，在这种情况下，出现的感应电动势称为感生电动势。

（1）的反映。由此负号在结合回路正方向的规定，可以确定回路中感应电流的方向。由知，其中任一量变化，都可能会引起变化。它们又可以归结为两类：第一类：磁场（B）不变，导体或导体回路作切割磁力线运动，即变化，引起变化。在这种情况下，出现的感应电动势称为动生电动势。式（1）中，N为线圈匝数，为通过单匝线圈的磁通量，负号40【实验操作与现象】

1、将条形磁铁迅速插入线圈内部，在插入的瞬间可以观察到电流表的指针向一方偏转，随后停止于中间零位。将磁铁迅速拔出，在拔出的瞬间，电流计的指针偏向一方。2、如果将条形磁铁的另一极插入或拔出线圈，则电流计指针的偏转与上述实验相反。3、用通电线圈代替条形磁铁作如上实验，也可以观察到同样的现象。4、将通电线圈放入线圈2中，在合上开关的一瞬间，电流计的指针向一方偏转。在断开开关的一瞬间指针向另一方向偏转。

【注意事项】1．线圈为有机玻璃骨架，切勿掉地，否则摔坏。2．直流电压不能过高，否则将烧坏2号线圈，电压最高不得超过30V，连续通电不能超过30分钟。

【实验操作与现象】41实验十七对比式楞次定律【实验目的】

利用磁铁和同样大小的铝块，在闭合和有开口的金属管自里运动，演示楞茨定律。【实验器材】1．三根比较用的铝管，它是由A、B、C三根长一米的方形铝管构成，其中B管的四个侧面、交错裁有细窄缝、在三个管的最下端正侧面开有长方形孔。如图所示。2．钕铁硼材料制成的磁体两块，长方体磁体E，相同大小的铝块F。如图所示。DABCEF实验十七对比式楞次定律【实验目的】DABCEF42【实验原理】

磁铁块在导体管下落，导管中产生感生电流。根据楞茨定律可知，感生电流总是反抗引起感生电流的原因，因此下落磁铁块将不断地受到磁力的阻碍作用，而缓慢下降。铝块在导体（铝）管下落过程中，导体管中没有感生电流产生，所以不受电磁阻尼的作用，而以重力加速度匀加速快速下落，管壁的摩擦力和空气阻力很小忽略。【实验操作与现象】

左手持磁铁块E，右手持铝块F，分别从A、C两铝管的上端口，同时释放。从A、C两铝管下端开口处，观察磁铁块和铝块下落的情况，并注意比较磁铁块与铝块的下落先后。【实验原理】43实验十八跳环式楞次定律【实验目的】利用通电线圈及线圈内的铁芯所产生的变化磁场与铝环的相互作用，演示楞次定律。【实验器材】楞次定律演示仪，铝环（3个）。如图所示铁芯线圈底座操作开关电源开关开口环闭合环带孔环实验十八跳环式楞次定律【实验目的】铁芯线圈底座44【实验原理】当线圈通有电流时，在铁芯中产生交变磁场，穿过闭合的铝环中的磁通量发生变化。根据楞次定律，套在铁芯中的铝环将产生感生电流，感生电流的方向与线圈中的电流方向相反。因此与原线圈相斥，相斥的电磁力使得铝环上跳。【实验操作与现象】1．闭合铝环的演示打开演示仪电源开关，将闭合铝环套入铁棒内按动操作开关。当操作开关接通时，则闭合铝环高高跳起，保持操作开关接通状态不变，闭合铝环则保持一定高度，悬在铁棒中央。断开操作开关时，闭合铝环落下。2．带孔铝环的演示把闭合铝环取下，将带孔的铝环套入铁棒内按动操作开关。当操作开关接通时，则带孔的铝环也向上跳起，但跳起的高度没有闭合铝环高。保持操作开关接通状态不变，带孔的铝环也保持一定高度，悬在铁棒中央某一位置，但还是没有闭合铝环悬的高。断开操作开关时，带孔的铝环落下。这是由于带孔的铝环产生的感生电流没有闭合铝环大，所以带孔的铝环没有闭合铝环跳的高。3．开口铝环的演示把带孔的铝环取下，将开口铝环套入铁棒内按动操作开关。当操作开关接通时，开口铝环静止不动。这是由于开口铝环没有形成闭合回路，无感生电流，没有受到电磁力的作用，故静止不动。【实验原理】45物理探索与演示实验电磁学部分物理探索与演示实验电磁学部分46绪论电磁学是经典物理学的一部分。它主要是研究电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷、电流的作用，以及电磁场对物质的各种效应。电磁现象是自然界存在的一种极为普遍的现象，它涉及到很广泛的领域；电的研究和应用在认识客观世界和改造客观世界中展现了巨大的活力。绪论电磁学是经典物理学的一部分。它47电磁理论建立过程中的几个关键阶段：1、对自然界中电磁现象的观察和认识（定性研究）；2、库仑实验定律（电荷相互作用的定量研究）；3、科学家伏打等人发现电流并制成伏打电堆（从静电的研究进入到研究动电的新阶段）；4、奥斯特实验和法拉第电磁感应定律（揭示了电和磁的相互联系）;5、麦克斯韦电磁理论和电磁波（电磁理论的统一）。电磁理论建立过程中的几个关键阶段：48实验一静电感应盘【实验目的】

演示起电盘被带电体感应而起电的现象。【实验器材】

起电盘—是带有绝缘柄的铝质空心圆盘，塑料板，绸子，氖泡，如图所示。

实验一静电感应盘【实验目的】49【实验原理】

感应起电原理如图所示【实验操作与现象】

1．用绸子摩擦塑料板的上表面，塑料板便带上正电，然后将起电盘放在塑料板上，如图1所示。虽然起电盘与塑料板相接触，但两个面不会是完全密合的，仅少数点相接触，因此电荷的转移不是主要的，主要的仍是感应起电。由于起电盘与塑料板靠得很近，感应现象显著。

2．手持氖泡接触起电盘，氖泡的一端产生一次闪光。这是由于起电盘上感应的正电荷所产生的电位较高，足以使着火电压70伏左右的氖泡点燃放电。放电后，起电盘上正电荷消失。

3．移去氖泡，将起电盘提起，再用氖泡接触起电盘，则在氖泡的另一端产生一次闪光。这是由于提起起电盘，盘上的负电荷所产生的负电位使氖泡点燃放电。放电后，负电荷消失。

4．由于实验过程中塑料板上电荷的转移是极有限的，因此塑料板只需摩擦一次，不断地放下和提起起电盘，并不停地用氖泡接触起电盘，可以观察到氖泡两头交替地闪光。【实验原理】

感应起电原理如图所示50实验二感应起电机【实验目的】

演示起电现象【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，如图所示实验二感应起电机【实验目的】51【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。【实验原理】52实验三静电跳球【实验目的】

演示同号电荷相斥，异号电荷相吸的现象。【实验器材】装有金属小球的圆形容器，感应起电机，如图所示

【实验原理】当装有金属小球的圆形容器上下两极金属板分别带有正、负电荷时，此时金属小球也带有与下板同号的电荷。根据同号电荷相斥、异号电荷相吸的原理，金属小球受下极板的排斥和上极板的吸引，跃向上极板。一旦金属小球与上极板接触后，金属小球所带的电荷被中和反而带上了与上极板相同的电荷，于是又被排斥返回下极板。如此周而复始，可观察到金属小球在密闭的容器内上下跳动。当两极板电荷被完全中和时，金属小球随之停止跳动。【实验操作与现象】把电源正、负极分别接在密闭容器的上极板和下极板处，接通高压电源，即可看到金属小球在容器内上下跳动，关闭电源金属小球停止跳动。实验三静电跳球【实验目的】【实验原理】53实验四静电摆球【实验目的】

用感应球来演示静电感应现象

【实验器材】

静电摆球演示仪，感应起电机，如图所示。金属球极板实验四静电摆球【实验目的】金属球极板54【实验原理】

当两极板分别带上正、负电荷时，这时导体小球两边分别被感应出与邻近极板异号的电荷。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。持续加电，球就在两极板间往复摆动，并发出乒乓声。关闭电源后，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。将金属球调节在两极板中间，因小球两边电场力几乎相等，故球不动。【实验操作与现象】1．将两极板分别与感应起电机正负极相接。调节细有机玻璃棒，使球略偏向一极板。2．开启高压电源，可以看到金属球在两板之间来回摆动。3．演示完成后，关闭电源并进行人工放电。【注意事项】1．操作过程中，不要触摸实验设备，以免触电。【实验原理】55实验五尖端放电【实验目的】演示蜡烛的火焰在“电风”的吹动下的偏移，富兰克林轮在“电风”的推动下的的转动，观察尖端放电现象。【实验仪器】直流高压电源、尖端放电装置实验五尖端放电【实验目的】56【实验原理】在静电学中我们知道，导体表面的电荷分布与导体的表面曲率有关，表面曲率半径越大，电荷分布越少；反之越多。而表面附近的电场与表面电荷成正比，所以，表面曲率半径越小，表面附近电场越强。当电场到达一定量值时，附近空气中残留的离子在这个电场作用下，将发生激烈的运动，并与空气的分子碰撞而产生大量离子。那些和导体上电荷异号的离子，因受导体电荷吸引而移向尖端，与导体上电荷相中和；而与导体上电荷同号的离子，则因受导体电荷排斥而飞向远方形成“电风”。

【实验原理】57【实验操作与现象】

把高压电源任一极接在柱的金属部分上，接通高压电源，则放电轮的尖端发生放电，使空气电离，电离分子离开尖端，使轮子受到反冲，因而轮子沿着弯曲的针尖的反方向转动起来。演示后，关闭电源。【注意事项】

由于电源电压较高，关闭电源后，不能完全充分放电，故应取下电源任一极接头，与另一极接头相碰触人工进行放电，以确保仪器设备和操作者的安全。

【实验操作与现象】58实验六避雷针工作原理【实验目的】演示尖端放电现象，理解避雷针的工作原理。【实验器材】避雷针演示仪，直流高压电源，如图所示。实验六避雷针工作原理【实验目的】59【实验原理】当避雷针演示仪接通静电高压电源后，绝缘支架上的两个金属板带电了。在极板间电压超过1万伏时，由于导体尖端处电荷密度大于金属球处，所以金属尖端附近形成了强电场，在强电场的作用下，空气分子被电离，致使极板和金属尖端之间处于连续的电晕放电状态，即尖端放电现象。而金属球与极板间的电场不能达到火花放电的数值，故金属球不放电。在实际应用中，尖端导体与大地相连接，云层中的电荷通过导体与大地中和，因而避免了人身和物体遭到雷电等静电的伤害。如高层建筑物顶端都安有高于屋顶物体的金属避雷针。【实验原理】60【实验操作与现象】1．将静电高压电源正、负极分别接在避雷针演示仪的上下金属板上，把带支架的金属球放在金属板两极之间。接通电压，金属球与上极板间形成火花放电，可听到劈啪声音，并看到火花。若看不到火花，可将电源电压逐渐加大。演示完毕后，关闭电源。2．用带绝缘柄的电工钳将带支架的顶端呈圆锥状（尖端）的金属物体也放在金属板两极之间，此时金属球和尖端的高度一致。接通静电高压电源，金属球火花放电现象停止了，但可听到丝丝的电晕放电声，看到尖端与上极板之间形成连续的一条放电火花细线。若看不到放电火花细线，将电源电压提高。演示完毕后，关闭电源。【实验操作与现象】61实验七电介质极化【实验目的】模拟电偶极子在电场中定向排列，说明电介质极化的微观机理。

【实验器材】电介质极化演示仪，感应起电机，如图所示，实验七电介质极化【实验目的】62【实验原理】

电偶极子－两个大小相等符号相反的点电荷+q和-q，当它们之间的距离r比所考虑的场点到二者的距离小得多时，这一电荷系统就称为电偶极子。电偶极子在电场中受力矩作用，使电偶极子转到平行于电场的方向。电介质内的有极分子在没有外加电场的情况下，由于热运动其分子电矩杂乱无章地取向。从宏观上看没有偶极矩。当外加一电场后，在电场的作用下，每个偶极矩都趋向于与外场一致，宏观上表现出极化现象。【实验操作与现象】

将静电高压电源正、负极接在电介质极化演示仪的两极板上，此时电介质极化演示仪内模拟电偶极子的石蜡细棒排列方向是混乱状态（沿任意方向）。当接通电压，模拟偶极子极化使两端带上等量异号电荷，从而形成偶极子，并立即由混乱状况变为有向排列。关闭电压，则偶极子又处于混乱状态。【注意事项】关闭电源后，把两极相碰触进行放电，确保仪器设备和操作者的安全。【实验原理】

电偶极子－两个大小相等符号相反的点电荷+q和-63实验八电介质对电容的影响【实验目的】利用圆形的平行板电容器与一圆形电介质，演示电介质对电容的影响。【实验器材】

实验八电介质对电容的影响【实验目的】64【实验原理】

当一个平行板电容器中间介质为空气时，则电容量为C，如果在两极板之间插入一介电常数为ε的电介质，则电容量将增大ε倍，这是因为电介质插入电场中，由于电介质的极化，而产生束缚电荷，削弱了原来的电场强度，在电容器极板上电量不变的情形下，两极板间场强的削弱，都会导致电位差的下降，由公式C=Q/U可知，U的减小，Q保持不变，则引起了C的增大。【实验操作与现象】

将电容器的两极板接在验电器上，然后用起电机将两极板带电，这时将看到验电器指针有一定偏转角，验电器指针偏转角的大小反映了电容器两极板间电位差的大小。带上电后，拿掉充电的起电机，把用环氧树脂板做成的电介质，插入两极板之间，这时，验电器的偏转角将减小，这说明电容器极板的电位差减小了，由于起电机已拿掉，电容器极板与外界绝缘，极板上的电荷量Q保持不变，所以电位差U的减小，则意味着电容C的增大，即插入电介质起到了增大电容的作用。【注意事项】1、当用起电机给极板带电后，即将电介质板插入，以免时间长电荷流失。

2、插入电介质时，请不要碰到极板。

【实验原理】65实验九压电效应实验目的

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：实验九压电效应实验目的66一.压电效应（PiezoelectricEffect）

由物理学知，一些离子型晶体的电介质(如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等)不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象.实验原理一.压电效应（PiezoelectricEffect）67二、逆压电效应若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，且其应变S与外电场强度E成正比：S=Dt*EDt是逆压电常数矩阵.这种现象称为逆压电效应，或称电致伸缩。二、逆压电效应若对上述电介质施加电场作用时，同样会引起电介质68实验十手触式蓄电池演示仪【实验目的】通过双手分别触摸铜板和铝板产生电流这一现象演示化学电池的工作原理。【实验器材】实验十手触式蓄电池演示仪【实验目的】69【实验原理】两块金属板分别相当于电池的两个电极。人手上有汗液，汗液是一种电介质，里面含有一定量的正负离子。当手分别放在铝板和铜板上时，铝比铜活泼，铝板上汗液中的负离子发生化学反应，而把外层电子留在铝板上使铝板聚集了大量负电荷。如果用导线把铝板和铜板连接起来，铝板上的电子将向铜板流动，于是串联在导线中的电流计上便有电流通过。同样，把铝片和锌片插入硫酸溶液中，也会在电路中有电流，这就是我们常见化学电池的工作原理。

【实验操作与现象】当把双手分别放在两块金属板上，你会发现指针转动了，这说明了电路里产生了电流。两手越湿润，电流表指针偏转越大。

【实验原理】70实验十一帕尔帖效应演示仪【实验目的】观察锑铋金属棒两端的温度与其通电电流的关系了解帕尔帖效应的工作原理【实验器材】实验十一帕尔帖效应演示仪【实验目的】71【实验原理】电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量，这就是帕尔贴效应。由帕尔贴效应产生的热流量称作贴尔贴热，用符号QP表示。对帕尔贴效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能极，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两种材料的交界处以热量的形式吸收或放出。【实验原理】72【实验操作与现象】1、接通电源，打开电源开关，电流将沿某一方向流动，由于帕尔贴效应，不能立刻显示温度的变化，则两块温度显示装置的读数开始应该相同，都应为室温；2、将换向开关按下，电流在锑铋金属棒中反向，测温探头将温度测试出来，观察比较左右两侧的温度显示装置读数；3、再将换向开关弹出，电流再反向，再次观察比较左右两侧的温度显示装置读数。【实验操作与现象】73实验十二低气压下辉光放电实验目的演示低气压下辉光放电现象实验仪器低气压下辉光放电演示仪，结构如图所示：实验十二低气压下辉光放电实验目的74实验原理在一个置有板状电极的玻璃管内充入低压气体，当两极间的电压增加到一定数值时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能撞击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。管内出现美丽的发光现象，这就是辉光放电。辉光放电的特征是其电流强度较小，温度不高，放电管内有特殊的亮区和暗区。辉光放电可分为阴极辉层、克鲁克斯暗区、阴极辉区、法拉带暗区、阳极辉柱、阳极辉层和阳极暗区。气压继续降低，阳极辉柱辉光减弱并出现明暗相间的辉纹。

实验原理75实验操作与演示1、将高压电源接在放电管的两极上，当管内为一个大气压时，接通电源，放电管不放电；2、开动抽气机，管内气压下降到几十毫米汞柱高时，接通电源，管内开始放电，两极间有不稳定的紫红色带状光柱。当气压继续下降到几毫米汞柱时，管中光柱红色并充满全管；3、当气压下降到1毫米汞柱左右，气体放电的辉光变为淡桃红色，并出现特有的暗区和亮区；4、当气压降至10-2毫米汞柱量极，辉光己很弱而玻璃壁上出现荧光。实验操作与演示76实验十三辉光球、辉光盘实验目的进一步观察和认识辉光放电现象实验仪器辉光球、辉光盘实验十三辉光球、辉光盘实验目的77

辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

辉光球工作时，在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。

实验原理辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm78人体辉光

1911年伦敦有一位叫华尔德·基尔纳的医生运用双花青染料刷过的玻璃屏透视人体，发现在人体表面有一个厚达15毫米的彩色光层。疾病辉光，在医学领域，根据人体发出的冷光信息，不仅可以判断一个人的健康状况，还可以用来诊断疾病。在疾病发生前，体表的辉光会发生类似太阳的“日晕”现象。一般认为呈红亮色的光说明健康状况良好，呈灰暗色的辉光则说明病重。爱情辉光，在男女交往中，人体辉光还是爱情的标志。前不久，美国学者在一家照相馆利用一种高科技微光检测仪对一些拍摄订婚照、结婚照的男女进行观测，发现情侣手挽手拍照时，女性指尖上的光晕特别亮，并向男方指尖延伸过去；而男子的指尖光晕却会略微后缩以顺应女性的光圈。意识体能辉光，科学家预测：人体辉光还可以应用于其他方面，有的科学家把人体辉光用到犯罪学中去，因为人体辉光会随着大脑思维方式、行为意向的变化而产生不同的晕圈。对犯人也能进行“人体辉光监控”，如犯人企图说谎，身上的辉光便辉出现种种彩色斑点交替闪耀跳动。人体辉光产生的原因，科学家们至今各抒己见。一些人认为辉光现象除了人体白细胞之外，还可能使人体体表某种物质、射线与空气复合产生的，或是一种水汽和人体盐分与主频电场作用的结果，或是人体的光导系统——经络系统显示它的“庐山真面目”。人体辉光79实验十四矩形载流线框在磁场中受力方向实验目的模拟一个矩形载流线框在稳恒均匀的磁场中其竖直两边所受安培力的方向实验仪器实验十四矩形载流线框在磁场中受力方向实验目的80实验原理

矩形载流线框在均匀磁场中所受的磁场力称为安培力。线框垂直于轴线的两条边所受的力互相平衡，而平行于轴线方向的两条边受的力大小相同方向相反、与这两条边垂直且不在同一直线上，形成力偶并产生力矩，使线框转动。

实验操作与演示接通电源，打开电源开关，模拟载流线框将匀速旋转，转速8r/min。在旋转同时，固定在线框竖直边上的受力方向指示箭头始终指向线框两竖直边所受安培力方向。也可以演示当线框旋转到某一位置时所受的力及力矩的方向，关闭电源，观察线框在某瞬间位置时，线框两竖直边所受安培力的方向及力矩的方向。实验原理81实验十五投影式洛仑兹力演示仪实验目的

演示运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力。实验原理

运动带电粒子在磁场中受的力F叫做洛仑兹力，F=qv×B。洛仑兹力的方向总与带电粒子速度的方向垂直，洛仑兹力永远不对粒子作功。实验十五投影式洛仑兹力演示仪实验目的82实验操作与演示1、将6V直流电源的正负极分别接在两环形电极上，硫酸铜溶液中正的铜离子和负的硫酸根离子分别向负正极移动。2、合上电磁铁的电源开关，若内环是正极，在磁场的作用下，可以观察到两电极之间的溶液沿顺时针方向流动，在液面上放一纸制浸腊小船，液体的流动推动小船环向运动，演示效果明显。3、如果内环接负极，电磁铁的极性不变，则小船运动反向。这是由于当溶液的正离子在电场作用下沿径向移动时，由于磁场的作用，受到一个与径向垂直且平行于液面的洛仑兹力的作用。对于反向移动的负离子来说，洛仑兹力方向相同，因而正负离子均获得与洛仑兹力方向一致的动量。这些正负离子与溶液分子相撞，推动溶液环向流动。实验操作与演示83NE实验十六电磁感