開爾文滴水起電機(jī)演示實(shí)驗(yàn)裝置的制作

1、開爾文滴水起電機(jī)實(shí)驗(yàn)演示裝置的整理 學(xué) 院 理學(xué)院 專 業(yè) 光信息科技 學(xué)生姓名 張一民，胡皓，顧鋒 年級 2012 指導(dǎo)教師 無 提交日期 2014 年4 月 20 日摘要本文在開爾文滴水起電的原理上，研究如何使用簡易的材料整理滴水起電裝置，并且通過相關(guān)理論分析材料與實(shí)驗(yàn)方法使得裝置更容易更成功地發(fā)生滴水起電現(xiàn)象。我們先詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)的原理，再詳細(xì)描述了我們的設(shè)計(jì)方案，最后通過縝密地論證了該設(shè)計(jì)方案的可行性。我們的工作使得教師們更容易向?qū)W生們演示開爾文滴水起電機(jī)的工作原理，使學(xué)生們對這一神奇的物理現(xiàn)象有更加全面深刻的理解，有效地提高教學(xué)水平。關(guān)鍵詞：開爾文滴水起電機(jī)；可行性論證；教學(xué)Abst

2、ract In this paper, water dripping from the electric Kelvin principles on how to use simple materials dripping from the electrical device, and makes the device through the relevant theoretical analysis and experimental methods easier material dripping from the electrical phenomena occurring more suc

3、cessfully. We first introduced the principle of the experiment in detail, and then a detailed description of our design, and finally through careful to demonstrate the feasibility of the design. Our work makes it easier for teachers to demonstrate to students Kelvin dripping from the motor works, so

4、 that students have a more comprehensive and profound understanding of this mysterious physical phenomenon, effectively improve the teaching level.Keyword:Kelvin dripping from motor;The demonstration of feasibility;Teaching目錄摘要2ABSTRACT31、 實(shí)驗(yàn)原理52、 設(shè)計(jì)方案62.1材料62.2整理方法63、 可行性分析73.1前提73.2本實(shí)驗(yàn)的可行性分析73.3可行

5、性的判斷8參考文獻(xiàn)8一、實(shí)驗(yàn)原理裝置的頂部是一個(gè)加有隔板的水槽，在水槽的底部兩端分別連接有一條導(dǎo)管，從導(dǎo)管滴出的水滴通過下方的感應(yīng)線圈中心落入底部的金屬容器。由于宇宙射線和地下放射性物質(zhì)的作用，使空氣中的氣體分子發(fā)生電離從而形成離子，它們不斷地做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，撞擊著金屬盆，在金屬盆上形成電勢的漲落1。假設(shè)某一時(shí)刻金屬容器G的電勢高于金屬容器H，那么與G相連（即在H上方）的線圈F的電勢也高于與H相連的E（在G上方）線圈的電勢。由于水中含有大量的正負(fù)離子，水滴與塑料管壁的摩擦導(dǎo)致微弱帶電，再加上靜電感應(yīng)，C中滴下去的水滴會帶正電，使得G中積累的正電荷越來越多。同理H也同樣積累越來越多的負(fù)電荷。如此循

6、環(huán)下去，G和H就相當(dāng)于形成了電源的正負(fù)極，并產(chǎn)生電勢差。二、設(shè)計(jì)方案1. 材料：水槽一個(gè)，醫(yī)用輸液器兩個(gè)，兩個(gè)廢舊易拉罐，隔板，導(dǎo)線若干條，膠帶，玻璃板，泡沫板，干毛巾一條，支架。2. 整理方法（1） 貯水裝置A：水槽可用適當(dāng)大小的塑料碗或塑料盆替代，并用隔板限制水的流動(dòng)；（2） 滴水裝置B、C、D：截取有控制閥部分和尖嘴一端的適當(dāng)長度的輸液管（盡量短），將尖嘴一段插入水槽底部并導(dǎo)通，使兩個(gè)插孔盡量處于中心對稱的位置，將導(dǎo)管自然下垂；（3） 感應(yīng)裝置E、F：將2根導(dǎo)線繞制成兩個(gè)線圈，用膠帶固定住，并留出一截適當(dāng)?shù)拈L度伸到下方的易拉罐中；（4） 盛水裝置G、H：將2個(gè)易拉罐去掉上底放置在泡沫板上

7、，并將整個(gè)裝置放置在玻璃板上；干毛巾的作用：及時(shí)擦干濺出的水滴，保證絕緣性。 實(shí)驗(yàn)裝置參考圖（以實(shí)物為準(zhǔn)）三、可行性分析1 前提 要使滴水起電機(jī)有良好的放電效果，必須解決好以下三個(gè)問題： 1）絕緣問題 為使滴水起電機(jī)明顯起電，必須保證裝置的絕緣性良好。而面臨的絕緣問題主要有感應(yīng)線圈和接水桶與地之間的漏電，感應(yīng)線圈和接水桶與空氣的離子交換，接水桶水面與空氣的離子交換2。 2）尖端放電問題 在強(qiáng)電場作用下，物體表面曲率大的地方(如尖銳、細(xì)小物的頂端)，等電位面密，電場強(qiáng)度劇增，致使它附近的空氣被電離而產(chǎn)生氣體放電，從而產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象。在理想狀態(tài)下，本實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)接水桶以及感應(yīng)線圈之間的電位差可達(dá)到

8、幾萬伏，因而這兩部分的邊緣容易因?yàn)槊毯图舛硕派舛朔烹姡瑥亩绊戨姾傻姆e累，進(jìn)而影響放電效果。 3）水滴速度的控制 下落的水滴如果太快而形成線流，接水桶間會建立電荷通路而引起中和；如果速度太慢，則下落的水滴會因間隙太大而減慢電荷的積累。2 實(shí)驗(yàn)的可行性分析 1）裝置良好的絕緣性 先在絕緣底座上放有玻璃板和泡沫板，然后再在泡沫板上放上接水的金屬桶，而且在實(shí)驗(yàn)過程中一旦有水濺出，馬上用毛巾擦掉，這樣就能最大限度地減少感應(yīng)金屬圓筒和接水桶與大地之間的漏電。而在接水桶中倒入適量的油，則可以減少接水桶的水面與周圍空氣的離子交換。而帶有絕緣皮的導(dǎo)線和涂有不銹材料的金屬筒表面則可以減少感應(yīng)金屬筒和接水桶與空氣的離子交換。 2）對尖端放電的的控制 選擇用導(dǎo)線繞制成感應(yīng)線圈而不是用金屬圓筒可以最大限度的減少尖端的產(chǎn)生。而將導(dǎo)線放進(jìn)接水桶中可以減少連接點(diǎn)，從而減少尖端放電。 3）水滴速度的控制 滴水管的膠管部分有控制閥，從而可將水流控制在即將形成線流的臨界狀態(tài)的速度。 4）其他優(yōu)勢 1.最上方的方形水槽中間有隔板分割，形成兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，可避免水流運(yùn)動(dòng)造成正負(fù)離子的中和； 2.控制水流在感應(yīng)線圈中心下落，可避免水滴因被吸引而與線圈接觸造成水滴飛濺。3 可行性判斷 經(jīng)上述分析，本實(shí)驗(yàn)的放電效果良好，可行性很高。參考文獻(xiàn)1.任曉南. 滴水起電機(jī)簡易裝置