中学物理实验研究范氏起电机.doc

中学物理实验研究

范式器电机的研究

姓 名 钱彦臣
学 号 2012213888
学 院 物理科学与技术
专 业 物理学
时 间 周四下午

简介
范氏起电机，即范德格拉夫起电机（Van de Graaff generato），是由美国科学家范德格拉于1931年发明的。起电机以摩擦生电的原理，不断产生大量电荷。起电机内里有一条橡皮带，由胶辘带动运转。可产生高达几万到十几万伏电压。
范氏起电机的有摩擦生电和当空腔导体的腔内没有其它带电体时在静电平衡状态下导体空腔内表面上无电荷，电荷只能分布在空腔的外表面。范得格拉夫起电机就是利用空腔导体的这一特性制成的。
实验仪器图示：

1，蓄电球 8，白炽灯开关
2，调整螺丝 9，底座
3，集电流 10，电源开关
4，皮带 11，接地插孔
5，有机玻璃圆筒 12，干燥用白炽灯
6，像胶带 13，放电球
7，电动机 14，放电球绝缘杆

如图是范氏起电机的示意图，蓄电球是一个空心的不接地的球壳，当电源接通后，电动机会带动橡胶带转动，同时摩擦产生电荷。并通过橡胶带自身的滚动，这些电荷会聚集在球壳外。当球壳上聚集到一定电荷时，关闭电源，电动机停止转动，这时用放电球13靠近球壳，就会看见球壳和放点球之间产生电火花，即明显放电现象。这时的电压可以达到几万十几万伏。
实验仪器
范氏起电机 放点导体棒
实验步骤
（1） 仔细阅读范氏起电机的说明书，熟悉仪器。
（2） 按照要求，连接电源，打开开关，同时打开干燥用的白炽灯。
（3） 一段时间后，关闭开关，握住放电球的绝缘手柄，使放电球靠近球壳，记下实验现象，应该会看到球壳和放电球之间有明显的电火花产生，并在短暂放电后结束，这时候要粗略测量出放电球和球壳之间的距离。
（4） 重复几次实验，并粗略估算出范氏起电机可以产生的电压。
实验注意事项
（1） 在起电机聚集电荷的时候，不要离起电机太近。
（2） 在放电之前不要用手去触摸球壳，虽然起电机所聚集的电量较小，一般不会对人体产生太大的伤害，不过过高的瞬间电流也多多少少会对人体产生影响。

实验记录
现象：当放电球靠近导体球壳到一定距离的时候，会看到导体球壳与放电球之间产生明显地电火花，并很快就消失。
测得距离大约在5-8cm
数据处理
在这个实验中，我们只需要粗略估计电压，了解范氏起电机产生的瞬间电压值，所以我们可以用空气的击穿电压去估计，在常温常压下空气的击穿电压为30kv/mm。
所以范氏起电机放电的瞬间电压为150kv-240kv，这和实验前资料显示的“可达到几万到几十万伏”一致。
实验总结
范氏起电机是一个原理简单，操作容易，现象明显的一个实验仪器。所以作为中学的演示实验是非常合适的，它包括了摩擦起电，带电空腔球壳的电荷分布，放电击穿等物理知识，是一个操作性，直观性非常强的演示实验，同时又有很大的扩展空间。