滴水起电机简易装置的制作与应用分析.docVIP

PAGE PAGE 1 滴水起电机简易装置的制作与应用分析 制作：赣榆县实验中学 阮志军 于世贵 徐大仕 滴水起电机最早是由开尔文发明的，又名开尔文滴水起电机．它十分简单、便于制作，却含有丰富的物理思想，可是在实践中发现材料的选择和细节安排的不同会直接影响实验的成败，为此进行了大量的对比试验，制作了一种材料易得、制作简单的滴水起电机简易装置．此装置增加了滴水管的固定与底部绝缘部分，水中加入红色钢笔水，且水管加细使喷泉现象更明显，一经制作完毕，以后使用可无需调节，只需加水便就可成功演示．它集科学性与趣味性于一身，十分适用于中学教学演示，更可让学生自己制作，既锻炼动手能力又能激发其对科学的兴趣． 一、实验原理及装置 如图l所示，A为储水装置。B1，B2为三通导管的两个出水口，Cl，C2为两去了上下底的金属圆筒，Dl，D2为两个金属盆，Cl与D2，C2与Dl分别用导线相连，水滴穿过金属圆筒中心落入金属盆中．由于宇宙射线和地下放射性物质发出的放射线等作用，使空气中气体分子发生电离而形成离子，它们不断的做不规则运动，撞击金属盆，在金属盆上就形成了电势的涨落，某一时刻如果D1的电势略高于D2，那么相应的C2的电势就高于Cl，由于感应起电．Bl中流出的水滴带正电．水滴携带着电荷落入盆中，使盆D1也带上了正电荷，与之相连的金属圆筒C2所带的正电荷也就不断增加，相应的从B2中流出的水滴上就会被感应出更多的负电荷．如此循环下去，Dl和D2上积累的电荷越来越多，此时的D1和D2也就相当于了电源的正负极． 二、材料 大矿泉水瓶1个，去上下底的易拉罐1个(从中间一分为二)，医用输液器2个，敞口金属碗2个，小矿泉水瓶1个，2个瓶盖，盆状的塑料盒l个，导线若干，塑料胶布，双面胶，细丝线，红色钢笔水． 三、装置制作 实验装置如图2所示： (1)A为敞口的塑料包装盒，底部靠近边缘处左右对称的钻两个小孔，用双面胶固定在大矿泉水瓶的上部． (2)B1和B2是将医用注射器的可调水流的部分截取下来，上端同注射器锥形坚硬部分安装到一起，下端倒插入一个靠近针头部分的细管制成的．将Bl和B2分别插入A的两个孔中．其下端靠近管口处用分别用瓶盖Bl和B2固定在大矿泉水瓶上，两边要对称并且保证管口竖直朝下． (3)C1和C2为易拉罐去掉上下底后一分为二所制，用塑料胶带把边缘封好，用双面胶固定在中心大瓶上，要保证水流垂直通过Cl和C2的中心．下部连出两根导线，圆筒的外壁上贴上若干条长度约为4cm的丝线． (4)D1和D2用两个金属碗做成，对应放在C1和C2的下方，将与Cl相连的导线放入D2中，将与C2相连的导线放入Dl中，Dl和D2的下部装在两个塑料泡沫环N1和N2中，底部悬空，外壁同样贴上若干根丝线． 四、演示现象 将与一定量红色钢笔水混合好成红色的水倒入A中，调整好从Bl和B2中流出的水流的大小，使其相同并且刚好成为连续且很细的水流，会发现丝线与罐和碗壁的夹角逐渐增大，丝线逐渐“站立”起来．同时观察水流会发现水从管口流出后逐渐变成水滴分散开来，形成向上喷的红色喷泉，如图2所示．当水滴完后丝线与器壁的夹角缓慢减小，最终闭合，若用一根导线同时接触C1与C2(或者Dl与D2)会发现丝线与器壁的夹角迅速变零． 五、研究与讨论 1演示现象分析 (1)C1、C2、Dl、D2上的丝线“站立”起来说明他们都带上了电荷． (2)形成向上喷的喷泉说明水滴带上了电荷相互排斥，同时在C1与Dl,C2与D2形成的电场的作用下向上运动． (3)水滴完后丝线与器壁的夹角会缓慢闭合，说明装置有电荷损失，分析和尖端放电与空气湿度有关有电荷流失． (4)用一根导线同时接触Cl与C2(或者Dl与D2)丝线与器壁的夹角迅速变零且喷泉现象消失，说明Cl与C2(或Dl与D2)带异种电荷． 2关于装置的研究与发现 (1)使用了医用注射器使水流可调，经试验对比发现：水流的大小很重要，水滴的间隙过大不能很快的积累电荷，而水流过大会使Dl和D2间建立电荷通路引起中和，都将无现象产生，只有水流很细且刚好成流时才会起作用． (2)经实验调节发现：水流一定要从圆筒的中心竖直流下才会有现象，有偏差时水流会被圆筒吸引落在圆筒上引起中和(在中心时若积攒电荷较多，也会有水滴在圆筒上但是相对较少)，Cl、C2的边缘一定要打磨光滑，用塑料胶带封好，导线直接放入下面Dl、D2中减少连接点，减少由于尖端放电引起的电荷损失． (3)装置的Dl、D2下部一定要加塑料泡沫环，使底部悬空与地面起到绝缘的作用，否则会漏电无现象产生． (4)由于电荷流失，不能达到持续的电荷的积累，本装置的演示现象明显，但在控制尖端放电以及使