静电感应起电机的认识和使用.doc

静电感应起电机的认识和使用    1． 观察韦氏感应起电机的外形(如右图)，缓缓地顺时针方向摇动手柄，参照说明书，初步了解它的构造    （1） 指出转动圆盘、导电刷、集电梳、放电杆、莱顿瓶所在的位置    （2） 指出顺时针方向转动手柄时，前后圆盘转动的特点；前后电刷位置的特点及与盘上铝箔的关系    （3） 指出集电梳、莱顿瓶、放电杆之间的联接关系    2．应用感应起电的模型分析感应起电机起电的原理    韦氏感应起电机的原理初看起来好像很复杂，实际上只要掌握它起电的一种模型，就不难分析    如图2-2-9所示，B和C是两个枕形导体，将它们相互接触并放在带电体A的附近，在外电场的作用下，B、C中的自由电子向一端迁移，若使B、C导体脱离接触，则B、C导体就带上了等量而异号的电荷    在韦氏起电机中，这种模型有所变形，如左图所示，设初始时，A金属箔片带正电荷，B、C箔片和D导杆组成的导体，在A的电场中被感应，在B、C导体上出现等量而异号的电荷（图a）此时，如果移走A导体，则B、C导体上感应的电荷就会中和如果将D导杆移开，再移走A导体，则B、C上被感应的相异电荷就不会中和（图b）A是起电机中一个转盘上的铝箔，B、C是另一个转盘上对称分布的两个铝箔，D相当于可以和B、C箔片接触的电刷和导杆。

请你假设初始时转盘上某一箔片带正电荷（通常由大气中的离子提供或前次实验的残留等原因，可能带正电，也可能带负电），分析说明顺时针转动手柄时产生的感应起电过程：    （1）对照起电机实物，在右图中用符号标出前后盘上箔片的序号、旋转的方向、电刷、电梳、莱顿瓶、放电球等，再分析起电的过程    （2）起电机由于静电感应而使箔片上带上电荷，而箔片上的电荷又是通过尖端放电的途径而使莱顿瓶不断地积累电荷请说明起电机的莱顿瓶的充电过程和放电过程，并说明为什么一侧莱顿瓶中积累的电荷总是某一种电荷，而另一侧莱顿瓶中积累的却是相反种类的电荷    （3）缓缓地逆时针方向摇动手柄，看看能否起电，并分析说明原因    （4）在两个莱顿瓶外铝壳之间有一根连接导杆，可以将两外壳接通或断开，观察起电时有何不同的现象，试画出该导杆接通和断开时放电的等效电路图，并分析说明产生不同现象的原因    2． 利用感应起电机选做下列实验    （1） 演示对蜡烛火焰的尖端放电现象（如左图1），画出示意图和观察到的现象    （2） 演示电场线的模拟实验（如左图2）画出观察到的现象    （3） 按如右图1所示的装置连接线路，演示静电除尘现象。

    （4） 演示静电摆铃（如右图2），分析实验的现象  实验后，请归纳使用韦氏感应起电机应注意的事项：    （1） 使用前，应做好哪些检查工作？    （2） 外引高压输出应注意什么问题？    （3） 手摇转柄应注意什么问题？    （4） 使用完毕应注意什么问题？    （5） 不能起电，应如何检查和排除故障？  报告与练习    1．回答实验卡中的问题    2．在如下的课题中选择一个，写出简单的教案，准备后在小组内试讲：    （1）韦氏感应起电机的起电原理    （2）电场线    （3）平行板电容器的电容    （4）静电的应用：静电除尘  开放选题    1． 人体带电    实验器材：丝绸，保鲜袋（内衬一硬泡沫塑料板），带绝缘柄的金属盘，石蜡块或干净的硬泡沫塑料块，验电羽等    实验方法：    （1） 把内衬泡沫塑料板的保鲜袋放在靠近桌边的台面上，并用大号文具铁夹将塑料袋夹在桌边，然后用丝绸反复摩擦塑料袋；    （2） 人站在石蜡块上，一手握验电羽的金属杆；    （3） 手持绝缘柄将金属盘覆盖在塑料膜上，且与铁夹接触，再将金属盘提起，与人体接触；    （4） 重复步骤③多次；    （5） 可见验电羽张开，如右图所示。

    请按上述步骤进行实验，并分析实验原理    2． 验电器是测电荷还是测电势差的仪器？    当我们给验电器的导杆小球带电时，它的指针就会张开，所带电荷越大，指针张开的角度也越大由此，我们能否认为验电器就是一种测量电荷的仪器？如果将验电器导杆小球接地，它的指针会张开吗？    按右图所示的方法进行实验：    把验电器放在绝缘底座上，给验电器导杆小球带电，验电器指针张开（图a）    用叉形导杆将验电器的导体小球与验电器的金属外壳连接起来，观察验电器的指针有无变化？（图b）     移开叉形导杆，再用手指接触验电器的导电小球使其接地，观察验电器指针张角有何变化（图c）？    请分析上述实验现象，由此你能得到有关验电器本质的结论吗？    在什么样的情况下，验电器可以作为测量导体电势的仪器？    在什么样的情况下验电器可以作为测量电荷的仪器？    3． 用静电摆推测量电荷的多少    通常静电实验中导体所带的电荷是很小的，小到什么样的数量级，你可以通过下面的实验求得：    用很细的尼龙丝悬挂两只小纸片，测量出每个小纸片的质量m和尼龙丝摆长的长度l    用手绢摩擦塑料板使其带电，再将小纸片放在塑料板上，用手指接触一下纸片（如右图1）。

    用手提住尼龙丝摆线的上端，将两纸片提起，由于两纸片带同种电荷而相互排斥（如右图2），测量出两纸片之间的距离d    请推导出测量电荷的公式，并根据实验测量的数据求出纸片所带电荷的数量级  教学示波器及相关演示实验的研究  预习要求与思考问题    1． 阅读教学信号源和教学示波器的说明书    2． 阅读高中物理课本，信号源和示波器在中学物理教学中可以有哪些应用？举例说明  实验内容与过程指导    一、教学示波器（J2458）    1． 观察教学示波器的外形面板(如左图)，结合分析原理框图 (如右图)，思考和回答下列问题：    （1）示波器面板上的控制区可以分为几大部分？每部分有哪些控制开关和旋钮，各有什么用途？    （2）示波器在开机前，各旋钮应处在什么位置（逆时针到底，顺时针到底，中间，任意，接地等）？为什么？辉度 同步开关 聚焦 Y轴位移 辅助聚焦 Y轴衰减 X轴位移 Y轴增益 X轴增益 AC/DC开关 扫描范围和外X  扫描微调     （3）示波器显示电压波形是根据电子束在X、Y方向上运动的合成原理请根据合成原理在右图中画出Y轴输入正弦电压时示波器屏上的合成图像，设fx = fy，首先画出Y轴正弦图像，再画出X轴扫描信号图像，然后逐点描出示波器屏上的波形图像。

    2． 预调示波器    （1）开启电源，预热数分钟后，适当调节辉度，找到光点或光迹，然后进行“聚焦”调整所谓聚焦，即使光点或光迹最清晰为使“聚焦”调整效果好，扫描范围旋钮应置于（扫描/外X）( )，Y轴输入耦合开关宜置于（输入/接地）( )，或使Y轴衰减旋钮置于（高/低）( )档，亮度宜调得( )    （2）如果在光屏上找不到光迹，而且增强“辉度”也无效，则将扫描范围旋钮置于（扫描/外X）( )，并配合旋转( )旋钮，对解决该问题较为有利    （3）显示机内“校准100mV”信号的波形    使示波器波形稳定的条件是( )，    通过调节( )和( )旋钮来实现    如果需要使示波器屏上波形的波数增加，应当（调高/调低）( )扫描频率    （4）如果短时间停用示波器，应当 ( )    （5）如何用教学示波器测量Y信号电压的大小？    3． 使用示波器演示有关现象    （1）用干电池、滑动变阻器和小灯泡组成串联电路，调节变阻器使小灯泡达正常亮度，用示波器显示小灯泡两端的电压波形，并测量出电压的幅值简要记录测量方法和数据    （2）用低压电源交流档、滑动变阻器和小灯泡组成串联电路，调节变阻器使灯泡达到上一步骤中同样的亮度，用示波器显示小灯泡两端的电压波形，并测量正弦交流电压的峰值，将测量结果与直流供电时的测量值进行比较，由此得出有效值的概念。

实验中误差情况如何？你能想出减小误差的方法吗？    （3）用收录机、音叉、话筒，示波器等显示声音的波形，演示并说明乐音的特性演示中的传感器应选用（高阻抗/低阻抗）( )话筒，如果用普通扬声器作话筒，效果如何？( )，可以用什么方法使阻抗匹配？    二、教学信号源（J2464型）    1． 观察信号源面板(如右图)，结合分析原理框图，思考和回答下列问题：    （1） 面板控制器可分为几个区域，每个区域有哪些开关和旋钮，它们各有什么用途？    （2） 教学信号源的低频输出端可以输出的信号种类有哪些？    （3） 高频输出端可以输出的信号种类是( )和( )，高频信号的频率范围分别是( ) 和 ( )     2． 使用示波器演示信号源输出的各种波形：    （1） 用示波器显示信号源输出的各种音频信号的波形    （2） 用示波器显示信号源高频端的输出信号波形    3．使用教学信号源和示波器演示电磁波的调幅现象：    将要传递的低频电信号“加”到高频等幅振荡电流上去的过程叫做调制，使高频振荡电流的幅度随低频信号变化的调制过程叫做调幅，其波形如右图所示：    请选择某低频信号对高频波段Ⅰ的信号进行调制，分别显示低频信号、高频等幅信号和高频调幅信号的波形。

实验中思考和回答下列问题：    （1） 显示高频调幅信号波形时，音频信号是否需要外接？    （2） 在高频载波幅度保持不变的情况下，如何改变调幅度？    （3） 显示调幅信号波形时，示波器的扫描范围波段开关应选择在（高频/低频）( )段    （4） 显示低频信号波形时，为使输出稳定，你认为高频“等幅、调幅”波段开关应置于( )段    4． 用教学信号源和教学示波器演示二极管半波整流电路的输入和输出波形    （1） 画出二极管半波整流电路的电路图，画出用示波器检测输入、输出电压的电路，并按电路图选择合适的器材，连接好电路，记录你选用的实验器材    （2） 画出演示的波形，研究并说明有关器材参数对实验效果的影响情况  阅读      教学信号源的高频输出功能报告与作业    1．回答实验卡中提出的问题    2．选择一个课题，写出简要教案，进行小组试教：    （1）晶体二极管的半波整流电路特点（可用两种方法中的一种进行演示：用低压交流电源、电阻箱、晶体二极管等组成半波整流电路，用示波器显示波形；用教学信号源的超低频输出、晶体二极管、电阻箱等组成半波整流电路，用零点居中的演示电压表对比显示输入和输出的电压变化）。

    （2）电磁波的调幅原理  开放选题    1．用示波器演示单摆的振动图像    实验器材：一个用金属丝作悬线的单摆、水槽（槽中有两块金属板）、干电池4节、导线、示波器    实验原理如右图所示，当变阻器的滑动端按正弦规律移动时，可输出正弦电压    在右图2-5-8中画出装置示意图，演示单摆的振动图像，说明实验现象和存在的问题    2．用示波器演示阻尼振荡    实验器材：教学示波器，教学信号源，带铁心的电感线圈， 33PF电容器，100kΩ电阻，导线等    按右图连接电路，电感线圈和电容组成LC振荡电路，从低频信号源输出100-200Hz的方波，经电阻R给振荡电路周期性提供一定的初始电压，用示波器显示振荡电流的波形，示波器的Y轴衰减置于“1”档，扫描范围置。