一种多功能静电演示实验仪的研制与使用

    在大中专院校物理教材的诸多章节中都提及静电除尘、跨步触电现象、尖端放电现象以及内燃机点火的原理等相关知识,可这些现象在一般的实验课上是见不到的.针对这一难题制作了一套装置,将以上几个实验整合在一起,充分利用高压放电装置,把在课堂上见不到的实验现象清楚地演示出来,避免了利用传统的电子起电机或手摇式发电机来产生高压进行器件多而杂的实验,既减少了老师的教学麻烦,也为广大学生和物理爱好者看到更多的物理现象提供了一个良好的平台.本实验装置于2007年11月获得国家专利(专利号ZL2006 2 0165307. 8),已用于实验教学,颇受学生和老师的欢迎.

    1　整体结构

    整体结构方框如图1所示.整体结构框架如图2所示.图2中, (1)为空气负离子发生器; (2)为静电除尘模拟实验装置; (3)为跨步电压模拟实验装置; (4)为内燃机点火系统模拟实验装置; (5)为放电仪实验装置.

    2　各部分结构及原理

    2.1　空气负离子发生器

    负离子发生器[2]的原理示意图如图3所示,其中直流电经VD1、VD2和R1、R2整流、限流;单向脉冲电流控制VS的通断,产生抗震;经变压器T升压后,经VD3整流得万伏左右的高压;经放电针对空气放电,产生电离,生成负离子.元件见表1.

    所制作的负离子发生器是一种高效开放式的负离子发生器,采用可控硅裂变高压、悬浮式放电针,结构简单、效果良好、安全可靠、耗电极省,可长期连续工作.

    负离子发生器在使用时可以制造活性氧,而负氧离子能有效激活空气中的氧分子,使其更加活跃而更易被人体所吸收,其功能很多,这里不再赘述.检验方法如下:

    (1)用试电笔靠近负离子发生器的放电端,氖管会闪烁.

    (2)时间长了,靠近发生器的地方会有灰尘附着在周围.

    2.2　跨步电压演示装置

    2. 2. 1　原理图及实验装置

    当玩具人(或狗)的两只脚踩在不同的等势面上时,两脚间会形成电势差^[3],如Ua-Ud等,装在两脚间的发光二极管会闪烁,表明有电流通过.并且两脚间的距离不等时所发出光的亮度不同,脚间距越大,所形成的电势差越大,亮度就越高.

    2. 2. 2　演示方法

    (1)按图6把仪器装好.

    (2)用微湿布把纸的表面擦潮(未接通电源的情况下).

    (3)用导线将负离子发生器的高压输出端夹在导电纸的两个接线柱上.

    (4)让动物模型双脚并拢立于纸面上,然后接通电源,可以看到二极管并不发光.

    (5)切断电源后,使动物跨出一步,然后站立在适当的位置,再接通电源,可以看到二极管闪烁发光.并且随着脚步跨开的距离不同,光的强度也不同,示意着人体因跨步而触电,并且随着脚步分开的程度不同而不同.