电子反冲演示仪

1发明背景和发明原理

生活中,脱衣服会出现叭叭的响声和打火花现象,人手碰到门把手、花叶尖端等会产生被电击的感觉.自然界,刮风下雨时会出现闪电雷鸣,这些都是我们身边的自然现象,蕴含着许多物理原理. 前者是因为摩擦或感应起的静电现象.后者是因为空中云层间异种电荷大量聚积,使得带电云层或物体间产生几百万伏以上的电势差,形成很强的电场,发生强烈放电而产生的声和光现象.

根据物理化学有关理论得知：物体是由分子、原子组成的.原子是由原子核和核外电子构成的.物体之间如果发生摩擦或感应就会出现核外电子的得失或转移,得到电子的带负电,失去电子的带正电.静电现象就是由于电子转移产生的现象.在科学实验上,"富兰克林"发明的避雷针就是安装在建筑物顶上的尖端导体将积聚过多的静电荷通过导线引到地面,防止高大建筑物被雷电冲击破坏.

据有关资料表明：整个地球表面平均每秒钟有100多次闪电,并在1‰到1/10秒之内释放出几百万至上亿焦耳的能量,会猛烈地击毁一些高大的建筑物,这说明高压静电放电时释放的能量会产生巨大的冲击力.根据牛顿第三定律我们知道,任何一个力都同时存在作用力与反作用力.即放电物体放电时产生巨大冲击力的同时一定要产生反冲力作用于放电物体上.那么我们猜想：通过摩擦产生高压静电,然后用导线将积蓄的电荷引到导体的尖端,如果放电物体是“S”形,使之尖端处发生放电,对空气产生作用力,同时空气也产生反冲力,我们让这个反冲力作用在“S”形放电物体上,因而产生力矩使之转动.这对于中学生来说既抽象又难懂,缺乏直观具体的演示教具.

作为物理教研员,我有责任依据物理课程标准,研制有关静电反冲的教具――“电子反冲演示仪”,目的是引发更多的青少年了解静电、应用静电,热爱学习静电乃至物理学知识,并让他们动手操作、细心观察、反复实验来验证电子反冲的现象是有科学依据的.

2作品的材料结构和制作方法

首先准备好实验用的感应起电机一台,大针一根,圆形绝缘底座一个,积蓄电荷的莱顿瓶一个,铜丝导线一段（长15cm粗0.3cm）,漆包线一根（长50cm）,小磁针一个,三原色转盘一个,透明球状玻璃瓶一个.然后将铜丝导线两端磨尖折成“S”型并将它与褪掉磁性的小磁针焊接在一起,再与三原色转盘组合成一个转轮即可.当使用时将大针的一端固定在绝缘底座的处,尖端向上插入组合转轮的处支起转轮,最后用漆包线将起电机和大针连接在一起,手摇起电机,组合转轮就开始转动了.

引入导体 对周围 产生空气反冲力

摩擦产生高压静电→尖端放电→空气产生作用力→S型转轮转动,如图所示：

3作品的特点和作用

“电子反冲演示仪”是依据导体尖端放电现象,应用避雷针的原理,所以它具有科学性.它的特点是制作材料易取,结构简单,容易自制,有独特的趣味性和新颖性,很适合广大的中小学教师在教学中广泛使用,是实验教学中高灵敏度的验电器,也是一具多用途的新型教具.通过操作、实验、观察、比较,让更多的学生了解本作品的构造与电动机是有本质区别的,虽然都能转动,但工作原理却不同.“电子反冲演示仪”是目前创新教育过程中培养学生创新能力的示范教具,同时也填补了新课程改革教材内容的一项空白.