實驗裝置及實驗器材

1、第五章第一節(jié) 分析裝置的原理和特點驗電器的原理靜電計與驗電器根據(jù)實驗裝置的特點使用驗電器與靜電計第二節(jié) 分析儀器的結(jié)構(gòu)、原理和性能感應(yīng)起電機(jī)和范德格拉夫起電機(jī)的原理玻璃液體溫度計的制作過程邁克爾遜干涉儀分析儀器的結(jié)構(gòu)并改進(jìn)、自制儀器驗電器的發(fā)展史早在16世紀(jì)，英國的吉爾伯特在系統(tǒng)地觀察靜電現(xiàn)象時，制作了第一只試驗用的驗電器。他用一根極細(xì)的金屬棒，中心支承在支座上，使棒可以自由轉(zhuǎn)動。當(dāng)摩擦后的帶電物體靠近金屬棒時，金屬棒會被吸引而向帶電體轉(zhuǎn)過去。由此可以探測物體是否帶電。18世紀(jì)30年代，法國的杜費(fèi)為了對電現(xiàn)象做深入的研究，他在吉爾伯特工作的基礎(chǔ)上對驗電器進(jìn)行了改進(jìn)，用金箔代替了金屬細(xì)棒。在以后

2、的幾十年中，人們設(shè)計、使用了各種各樣的驗電器，其中最出名的是1786年A.貝內(nèi)特的金箔驗電器我們現(xiàn)在常用的驗電器驗電器的原理：感應(yīng)帶電接觸帶電兩片金箔帶上同種電荷后相互排斥而產(chǎn)生一定的張角。兩片金箔帶上同種電荷后相互排斥而產(chǎn)生一定的張角。驗電器的用途： 檢驗物體是否帶電：將待檢驗物體靠近或接觸驗電器的金屬球，根據(jù)金箔是否張開可判斷該物體是否帶電。 辨別電荷的種類：先使金箔帶上某種已知電荷，箔片張角在40度60度為宜。再將待測帶電體漸漸移近驗電器的金屬球，根據(jù)金箔張角的增減判斷帶電體電荷的正負(fù)。 檢驗物體的絕緣性：先使驗電器帶電，金箔張開。然后用待測物體去接觸驗電器的金屬球，若金箔張角不變，表示

3、該物體的絕緣性很好；若金箔立即下落，表示該物體的絕緣性很差。 比較導(dǎo)體電容的大?。鹤寖蓪?dǎo)體帶等量的電荷，然后讓它們分別與不帶電的驗電器接觸，根據(jù)兩次金箔張角大小的不同，可判斷兩導(dǎo)體電容的大小。 判斷導(dǎo)體的電勢高低：驗電器改裝成靜電計。驗電器與靜電計驗電器的結(jié)構(gòu)：常用的驗電器一般由外殼、絕緣塞、導(dǎo)棒、按在導(dǎo)棒下端的箔片 等部件組成，如圖甲所示。靜電計的結(jié)構(gòu)：把驗電器的玻璃瓶改為金屬盒（盒上留一玻璃窗作觀察用），箔 片改為帶刻度的金屬指針，就成為一個能定量測量電勢差的靜電 計，如圖乙所示。測量導(dǎo)體A與B的電勢時，將A、B分別與靜電 計的金屬棒及盒相連，棒與盒間便出現(xiàn)電場，指針表面的電荷便 電場力作

4、用下偏轉(zhuǎn)，這個電場力包括棒上同號電荷的斥力及金屬 盒內(nèi)表面異號電荷的吸力。靜電計與驗電器的區(qū)別：1、把玻璃瓶改為金屬盒，以便靜電屏蔽；2、金屬棒及盒各自引出導(dǎo)線，以便測量兩點間的電壓；3、增加刻度，以便定量測量如何用靜電計測量單個導(dǎo)體的電勢？如何用靜電計測量單個導(dǎo)體的電勢？感應(yīng)起電的演示實驗作為應(yīng)用例子，我們來討論靜電感應(yīng)和靜電起電的一個演示實驗如圖所示。（a）將帶電體靠近靠近靜電計導(dǎo)體棒上的小球，指針偏轉(zhuǎn)；（b）將靜電計導(dǎo)體棒接地，指針下垂；（c）撤去導(dǎo)體棒的接地線，指針任不動；（d）移去帶電體，指針又發(fā)生偏轉(zhuǎn)。根據(jù)實驗裝置和實驗原理使用驗電器和靜電計驗電器：側(cè)重于檢驗靜電荷靜電計：側(cè)重于檢

5、驗電壓或電勢。其實兩者的本質(zhì)是相同的 測靜電荷等價與測電勢實驗1:驗證干電池兩端帶有靜電荷1、為什么干電池兩端帶有靜電荷？ 電池內(nèi)部存在非靜電力電池內(nèi)部存在非靜電力2、電池接在驗電器上卻難以觀察到使金箔張開？ 電池兩端電壓太小或兩極電荷太少電池兩端電壓太小或兩極電荷太少由于干電池的電壓已經(jīng)確定，所以我們只有增大靜電荷的數(shù)量，使得驗電器能檢測出干電池兩端的確存在靜電荷。 根據(jù)上述設(shè)想可以設(shè)計一個實驗方案，如圖所示。將平行板電容器的兩個極板與干電池兩極相連，以作為電池的兩新極板。兩極板靠的越近，電容越大。這時，雖然兩極板間的電壓仍然等于電池的電動勢，但是極板上的電量已經(jīng)想當(dāng)多。然后把兩極板與電池斷

6、開，將其中的一塊極板與一只金箔驗電器的導(dǎo)棒相連接，即可見驗電器箔片張開了一個明顯的角度，如圖（b）所示，由此說明電池兩端有靜電荷。實驗2：感生電動勢的演示 高中物理課本在引入感生電動勢概念后便指出，“在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，不管電路是否閉合，只要穿過這個電路所圍面積的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感生電動勢。如果電路時閉合的，電路中就有感應(yīng)電流，如果電路時斷開的，電路中就沒有感應(yīng)電流，但感生電動勢仍然存在?！?為了幫助中學(xué)生理解這段話，可采用如圖所示的實驗裝置。圖中，C為線圈，S為碰撞開關(guān)，A、B為靠的很近但不接觸的絕緣金屬平板。當(dāng)條形磁鐵從線圈中迅速抽出時，線圈中的磁通量迅速變小，線圈導(dǎo)線中的自由電子

7、在渦旋電場的作用下，向某一平板堆聚，從而使兩平板帶上大量異號電荷。當(dāng)條形磁鐵沖擊碰撞開關(guān)，切斷了A板與線圈的通路，A板上的大量電荷就被保留下來。這時，A板上的對地電壓是不大的（不會超過線圈產(chǎn)生的最大感生電動勢），它不一定能使得（驗電器or靜電計）張開一個可見角度。然后，移開B板，使平行板電容器的電容大大減小，這時，A板的對地電壓就大大增大了，可見，驗電器箔片張開了一個明顯的角度。實驗3：光電效應(yīng)演示實驗高中物理課本在講到光電效應(yīng)時，都首先介紹了這樣一個實驗：把一塊擦得很亮的鋅板連接在靈敏驗電器上，用弧光燈照鋅板（如圖所示），驗電器的指針就會張開一個角度，表示帶了電。了解儀器的結(jié)構(gòu)和原理 在物理

8、實驗中，對儀器操作是否正確關(guān)乎實驗的成功與否，因而使用儀器前首先要熟悉儀器的結(jié)構(gòu)，了解其工作原理、使用方法和操作規(guī)程。 感應(yīng)起電機(jī) 范德格拉夫起電機(jī)感應(yīng)起電機(jī)(韋氏起電機(jī)機(jī)) 1882年，英國維姆胡斯創(chuàng)造了圓盤式靜電感應(yīng)起電機(jī)，其中兩同軸玻璃圓板可反向高速轉(zhuǎn)動，摩擦起電的效率很高，并能產(chǎn)生高電壓。這種起電機(jī)一直沿用至今，在各中學(xué)的物理課堂上作電學(xué)演示實驗時，就經(jīng)常用到它。感應(yīng)起電機(jī)的基本原理 利用靜電感應(yīng)可使中性導(dǎo)體帶電。如圖（a）的B1和B2是緊密接觸的兩個中性導(dǎo)體，A是帶電導(dǎo)體。在A的感應(yīng)下，B1B2兩端出現(xiàn)異號電荷。將B1B2分開少許（圖b），電荷分布應(yīng)與圖（a）基本相同。將A移去再令B

9、1B2任意遠(yuǎn)離（圖c）,便得到兩個帶電導(dǎo)體。 利用上述原理制成的感應(yīng)起電機(jī)是靜電演示實驗中連續(xù)產(chǎn)生靜電荷和高電壓的儀器。左邊的實物圖中，黑色部分是兩個絕緣圓盤，盤邊均勻地粘有錫箔條。兩盤外側(cè)各有一個兩端帶有金屬刷子（電刷）的金屬桿 ，兩桿互相垂直（圖中只看見一個）。搖動搖桿可使兩盤反向轉(zhuǎn)動。右邊是起電機(jī)原理的示意圖。（*）范德格拉夫起電機(jī)（范式起電機(jī)） 范德格拉夫起電機(jī)（Van de Graaff generator），又稱范德格拉夫加速器，是一種用來產(chǎn)生靜電高壓的裝置。該裝置于1929年由荷蘭裔美國物理學(xué)家羅伯特杰米森范德格拉夫發(fā)明。范德格拉夫起電機(jī)通過傳送帶將產(chǎn)生的靜電荷傳送到中空的金屬球

10、表面。范德格拉夫起電機(jī)非常易于獲得非常高的電壓，現(xiàn)代的范德格拉夫起電機(jī)電勢可達(dá)500萬伏特，常常用于靜電加速器的加速勢。范德格拉夫起電機(jī)的原理如圖是靜電加速器的示意圖，除去離子源就是范德格拉夫起電機(jī)。圖中K是中空金屬罩（近似于封閉金屬殼），叫做高壓電極。在金屬輪A和B間一條由絕緣材料制成的傳送帶，帶的下端附近裝一排針尖C，針尖與直流電源（電壓約幾萬伏）的正極相接，電源的負(fù)極與輪A接地。這樣，針尖C與輪A之間的幾萬伏電壓使附近空氣電離，負(fù)電荷跑向針尖，正電荷跑向傳送帶并附于其上。用電動機(jī)帶動輪A，傳送帶就帶著正電荷向上運(yùn)動。高壓電極內(nèi)側(cè)也裝有一排針尖D，它在傳送帶的正電荷感應(yīng)下帶負(fù)電，傳送帶與針

11、尖之間形成強(qiáng)電場并使空氣電離?？諝獾恼?fù)電荷在電場力作用下不斷跑向針尖和傳送帶。高壓電極近似是封閉金屬殼，則殼的內(nèi)壁（包括針尖）只能具有與殼內(nèi)空間異號的電荷，即負(fù)電荷，故針尖得到的正電荷不斷傳到電極外壁，并使電極與地之間的電壓不斷升高，可達(dá)數(shù)兆伏。了解儀器的制作過程盡可能了解儀器的制作過程，對于弄清楚儀器結(jié)構(gòu)、原理，對于正確操作、正確使用儀器，對于修理儀器以及仿制、改進(jìn)、自制儀器都是相當(dāng)有益的。玻璃液體溫度計的制作過程1、水銀溫度計2、酒精溫度計3、煤油溫度計問題一：溫度計液柱上面的空間是否與大氣相通？是否為真空？問題二：在常溫下，酒精的沸點只有78.4度，為什么酒精溫度計還能測量到100度？

12、水銀溫度計 水銀的凝固點是-38.87度，在一個大氣壓下的沸點是356.7度。為了防止水銀被氧化和提高水銀的沸點，從而提高水銀的測溫上限，制造時講溫度計中的空氣抽出，充以惰性氣體，如氦氣、氬氣或氮?dú)獾取Ｈ舫淙氲獨(dú)獾膲簭?qiáng)為2.5106 Pa，則測溫上限是550度；若充入氮?dú)獾膲簭?qiáng)為7106 Pa,則測溫上限是750度。水銀溫度計的測量范圍可達(dá)-30度1200度。醫(yī)用體溫計1、為什么醫(yī)用水銀體溫計可以拿離被測物體后讀數(shù)？2、由于彎管的作用，彎管上方的水銀柱退不回玻璃泡中，此時彎管處出現(xiàn)真空，那么為什么水銀柱上方的氣體壓力和水銀柱自身的重力不能將水銀柱壓下（退回），以填補(bǔ)這個真空呢？ 水銀體溫計上方

13、接近真空 水銀的表面張力大、表面能大酒精溫度計（酒精常染成藍(lán)色） 酒精的凝固點是-112度，在1.01105Pa下的沸點是78.4度。儀表廠制造酒精溫度計時，設(shè)法在測溫液柱上增壓3105Pa左右來提高酒精的沸點。酒精溫度計的測量范圍-100度100度煤油溫度計（煤油常染成紅色） 煤油為有機(jī)混合物。在石油分餾產(chǎn)物中分子所含碳原子數(shù)C11C16的統(tǒng)稱為煤油。所以煤油有各種不同牌號，其沸點、凝固點均不同。一般煤油溫度計的測溫范圍是-50度100度。煤油里配入適量的燭紅染成了紅色。煤油溫度計的液柱上方是不充氣加壓的。分析儀器的結(jié)構(gòu)原理與改進(jìn)和自制儀器許多儀器，大多是經(jīng)過使用、不斷改進(jìn)，逐步完善的。改進(jìn)儀器、紡織儀器必須在分析了解儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行。1、改進(jìn)儀器方案要有理有據(jù) 對于儀器中進(jìn)行改進(jìn)的部分，要能說出改進(jìn)的道理。這些部