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2024年第4期SHIYANJIAOXUEYUYIQI实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新实验改进与创新

辉光球演示实验设计及原理分析

李艳，郭越，王洪涛，唐军

（中国矿业大学材料与物理学院，江苏徐州221116）

摘要：辉光球可以演示静电场、静电感应和静电屏蔽等一系列实验现象。用手触摸方式可以增强学生对电场、电压（电

势）、点电荷的电场分布等知识点的理解；利用辉光球点灯现象，可以为学生讲解气体电离、碰撞，原子能级跃迁等知识；采用

金属板和金属笼实验，可以讲解静电场的分布、静电感应、静电屏蔽等知识点。

关键词：辉光球；演示实验；日光灯管；静电屏蔽；实验设计；原理分析

DOI：10.19935/j.cnki.1004-2326.2024.04.021

辉光球，又称闪光球、电离子魔幻球、等离子光球动时，辉光球所产生的辉光也会随着手指的移动而发生扭

等［1］，其外表面为高强度且透明的玻璃球壳，球心含有一曲，产生“随手起舞”的现象。

个黑色球状电极，球内充满了惰性气体。辉光球因为具有（2）如果把整个手掌置于辉光球上，则可以观察到无

光芒四射、绚丽多彩的表现形态，所以大多出现在科技博论是手掌的指尖朝上、朝下，还是平放，被吸引过来的辉光

物馆、物理演示实验室和课堂教学之中。涉及辉光球的实均沿着手掌的下端向上端移动。当手掌置于辉光球的顶

验具有可操作性强的特点，可以用其演示静电场、静电感端时，辉光就会呈现出清晰且竖直的一条光带。

［2-4］

应和静电屏蔽等一系列实验现象，同时可以用其验证2.2原理分析

中学物理和大学物理中电学和原子物理等相关知识点，不（1）用手触摸辉光球，改变了球壳周围的电场和电势

仅可以激发学生的学习兴趣，还能够提升他们的探究热分布，人体接地，可以视为电势零点，辉光球球壳和人体之

情。笔者详述采取用手触摸、日光灯管靠近、金属板隔离间形成明显的电势差，高压电极与手之间的放电现象得到

及金属笼屏蔽等方式设计的辉光球演示实验，希望能给相加强，且在球和人体之间形成一个较强的放电通道，大量

关教学带来一定的趣味性。的电流通过放电通道流向地面，出现辉光被“吸引”过来的

1辉光球的发光原理现象。

辉光球的底部有1块振荡电路板，通过变换器可以将（2）将整个手掌置于辉光球上，辉光始终自下而上运

5～12V的低压直流电转换为15～30kHz的高频电压并动，这是离子运动受到无规则的热运动和定向电场共同作

加在电极上，此时电极的周围形成类似于点电荷的高压电用的结果。当辉光球工作时，球内气体被击穿，分子的碰

场，电极与辉光球的外球壳之间存在着很大的电势差。辉撞和电离过程除了产生光子外，还会释放出较多的热量，

光球内气体受到宇宙射线、紫外线等因素的影响，会产生而被加热的气体在上升的同时，也会带着离子上升，结果

少量的离子。在强电场的作用下，这些离子加速运动，由是放电通道逐渐上移，辉光从“下端”向“上端”移动。

于稀薄气体中的离子的平均自由程比较长，且能获得足够（3）同理，将手掌置于辉光球正上方时，由于放电通

的动能，高能离子轰