黃文　龔義宸

摘 要 高壓靜電是生活中常見的電磁學(xué)現(xiàn)象，設(shè)計五則趣味高壓靜電實(shí)驗(yàn)，演示現(xiàn)象生動有趣，所需器材方便簡單，適合學(xué)生動手實(shí)踐操作，增加對電磁學(xué)有關(guān)概念的理解和認(rèn)識。

關(guān)鍵詞 高壓靜電；電磁學(xué)；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）20-0124-02

Fabrication and Study of Funny High-voltage Electrostatic Ex-periment//HUANG Wen， GONG Yicheng

Abstract The funny High-voltage Electrostatic Experiment is a usual

phenomenon in peoples life. The 5 High-voltage Electrostatic Ex-

periments are designed. All of those are funny and vivid in presen-ting phenomenon， and simple in using instrument， and thats suitable for students to operate experiment by themselves and enhance the cognition and understanding of electromagnetism concepts.

Key words high-voltage； electrostatic electromagnetism； experiment

1 前言

摩擦起電是生活中常見的現(xiàn)象，例如：手指接觸金屬門把、水龍頭等器物時會有電擊感；穿化纖衣服在地毯上行走，有針刺般的觸電感。兩種不同材質(zhì)的物體接觸，會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移和積累，一種物質(zhì)失去電子而帶正電，另外一種物質(zhì)得到多余的電子而顯示出負(fù)電。靜電對人體有一定的危害：靜電電壓達(dá)到2000伏，手指有麻麻的感覺；超過3000伏出現(xiàn)火花，手指有針刺的痛感；超過7000伏，人有強(qiáng)烈的電擊感。日常生活中產(chǎn)生的靜電壓有時高達(dá)數(shù)萬伏，但是摩擦起電的時間極短，產(chǎn)生的電流量很小，不會對人體造成生命危險。

為了防止靜電的發(fā)生，室內(nèi)要保持一定的濕度，消除人體表面積聚的靜電荷。冬天脫衣服后，摸金屬門把手前用手摸一下墻，將體內(nèi)靜電放出去。人們應(yīng)選擇柔軟、光滑的棉紡織或絲織衣褲，盡量不穿化纖類衣物，使靜電危害降低到最低限度。

以下介紹幾則高壓靜電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象生動有趣，所需器材方便簡單，適合學(xué)生動手實(shí)踐操作，增加對電磁學(xué)有關(guān)概念的理解和認(rèn)識。

2 飛盤觸電實(shí)驗(yàn)

把塑料飛盤用洗衣粉洗刷曬干，準(zhǔn)備一塊圓形鐵片，面積比飛盤略小，鐵片中央打鉆一小孔，用20厘米長的絲線穿過小孔。將一塊干燥的毛皮用力摩擦圓盤的內(nèi)側(cè)，然后迅速拿開，再用手提著絲線的一端。為了不使手與鐵片接觸，將鐵片放入圓盤內(nèi)，圓盤上的電荷聚集到鐵片上，用手指靠近鐵片，會有微麻的感覺，同時看到電火花，聽見放電響聲。

本實(shí)驗(yàn)的效果受環(huán)境影響較大，干燥的天氣比空氣潮濕時容易成功，室外通風(fēng)比在室內(nèi)容易成功。實(shí)驗(yàn)者站立在一塊較厚的干燥泡沫塑料上，一只手與放在桌子上的塑料塊摩擦數(shù)下，人體帶了電，人體與塑料摩擦起電的效果很好。只要人不與其他導(dǎo)體接觸，人體上的電荷就不會跑掉，人成為一個帶電體。用帶電的手去接近放在桌面上的乒乓球，球就向手滾過來，并能追隨手運(yùn)動。帶電體不但可以吸引輕小物體，而且能吸引像乒乓球這樣較大的物體。

3 人體高壓實(shí)驗(yàn)

以下制作人體帶電趣味實(shí)驗(yàn)，可以增加學(xué)生對于靜電的認(rèn)識，掌握電容器的充放電原理。如圖1所示，實(shí)驗(yàn)器材包括1.5伏的7號電池三個，電池盒一個，按壓式開關(guān)一個，硬紙板兩塊，高壓脈沖電容器一個，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示。

選用的電容器為脈沖高壓電容器。人體在生活中通過摩擦而產(chǎn)生的靜電能夠達(dá)到上萬伏，如果用一般的電容器，很難使人體產(chǎn)生上萬伏的靜電電壓，因此使用一個高壓脈沖電容器。給電容器的輸入端輸入3～6伏的直流電，通過高壓脈沖，可以瞬間在輸出端得到上萬伏的高壓電位，很好演示人與人接觸時產(chǎn)生電擊的情況。

根據(jù)給出的電路圖連接好實(shí)物圖，將電池與開關(guān)連接到高壓脈沖電容器的輸入端。為了防止線路的混亂，可以將線路放在一塊紙板上；為了更好模擬人體在行走時產(chǎn)生的靜電，在紙板上放小一點(diǎn)兒的紙板，模擬人的拖鞋。在脈沖電容器的正向輸出端引出一條線路，穿過上面的紙板，與人的腳接觸；從電容器的負(fù)向輸出端引出一條線路，穿過下面的紙板，與地面接觸，相當(dāng)于與大地構(gòu)成回路。為了方便控制開關(guān)，將開關(guān)安放在上面的紙板上，用人腳的大拇指來控制開關(guān)。連接好線路后，甲踩在紙板上，用拇指踩一下開關(guān)，這時給電容器充電；當(dāng)甲與乙接觸時，構(gòu)成閉合回路，電容器處于放電過程，這時乙就會有觸電的感覺，就很好地演示了人與人接觸時觸電的情況。

本實(shí)驗(yàn)電容器的輸入電壓為3～6伏，電容器產(chǎn)生的脈沖高壓電壓不宜太高，太高時產(chǎn)生的電擊效果太強(qiáng)烈，會形成比較疼痛的針刺感，太小則達(dá)不到觸電效果，一般選擇脈沖高壓在10萬伏就可以。要注意區(qū)分脈沖電容器正負(fù)輸入端和輸出端。由于電容器功率較大，內(nèi)部不易散熱，每次充電時間不要超過10秒鐘。用紙板將人體與大地隔絕，要在紙板上鋪一層絕緣膠布或者透明膠，因?yàn)榧埌逵幸欢ǖ臐穸?，比人的拖鞋更容易?dǎo)電，能將電荷從紙板上泄露到大地去；也可以選用絕緣性能更好的PVC塑料板或泡沫板。

4 簡易萊頓瓶制作

該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生了解萊頓瓶的工作原理，明白電容器如何儲存電荷。如圖2所示，所需實(shí)驗(yàn)器材包括塑料杯、錫箔紙、PVC塑料管。將錫箔紙分別包在兩個塑料杯的外緣，盡量使錫箔紙平整緊貼塑料杯，不要有皺褶；將兩個貼好錫箔紙的塑料杯套起來，兩層錫箔紙之間不要有接觸的地方，在內(nèi)層錫箔紙上延伸出一條錫箔；叫幾個學(xué)生走上講臺，手牽手拉著一起，讓第一個學(xué)生用空手接觸塑料杯的外緣；這時教師開始用干燥的紙快速反復(fù)摩擦PVC塑料管，摩擦10秒鐘后，將PVC塑料管靠近用錫箔紙包好的塑料杯，注意不要讓塑料杯與PVC管碰到，靠近三四秒后移開；如此重復(fù)20次左右，然后讓最后一個學(xué)生用手接觸內(nèi)層錫箔紙延伸出來的錫箔條，這時全體學(xué)生會因?yàn)檩p微觸電而同時有反應(yīng)動作。endprint