靜電加速演示儀制造技術

本發(fā)明專利技術屬教學實驗設備技術領域，具體為一種靜電加速演示儀。本靜電加速演示儀由加速軌道、被加速物體、電源三部分構(gòu)成，其中加速軌道由絕緣底座、絕緣半球形球面、絕緣電極支架和高壓電極組成，被加速的對象為可導電的宏觀金屬球，電源采用直流高壓電源。實驗中，用直流高壓電源使各高壓電極帶電，通過帶電球在各電極上不斷充放電、一邊運動一邊被加速的過程，展示電場對帶電物體的作用。本儀器體積小，攜帶方便、操作簡便，穩(wěn)定性好，將微觀過程宏觀化，趣味性強，適合攜帶到課堂作隨堂演示。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于教學實驗設備
，具體涉及一種靜電加速演示儀。
技術介紹
電場對場中電荷有力的作用，并可對其做功，這是靜電場理論的基本觀點，也是現(xiàn)代技術中靜電加速器對基本粒子加速的理論依據(jù)，但由于理論涉及的電場無形、電荷是微觀物體，使得理論抽象，難于理解和驗證。本專利技術設計的儀器用有形電極明確電場分布區(qū)域和方向，用噴有導電漆的乒乓球代替微觀帶電粒子，用乒乓球在半球面中運動平面的高低演示乒乓球動能的大小，通過觀察乒乓球的運動，詮釋電場的基本理論，詮釋現(xiàn)代技術中靜電加速器的基本原理。本儀器在中學、大學物理課堂上均可使用，且效果震撼，說服力強、印象深刻，填補了教學演示中的空白。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種體積小、攜帶方便、操作簡單，穩(wěn)定性好、趣味性強的靜電加速演示儀，可以在課堂上清晰、明了的演示靜電場對帶電粒子有力的作用，并可對其做功。本專利技術提供的靜電加速演示儀，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由加速軌道1、被加速物體2、直流高壓電源3三部分組成。其中：所述加速軌道結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括絕緣底座4、絕緣半球形球面5、絕緣電極支架6和高壓電極四部分組成。其中，絕緣底座4采用硬質(zhì)絕緣材料，實心、空心均可。絕緣半球面5采用透明硬質(zhì)絕緣材料，其底部（即中心處）置于絕緣底座4上。絕緣電極支架6采用硬質(zhì)絕緣材料，由一根立柱（實心、空心均可），及固定上、下兩端的各一塊圓板構(gòu)成（如圖4），豎立于絕緣半球面內(nèi)中心處。高壓電極由多組導電膠帶并聯(lián)而成，其中，所有正極均勻粘貼在半球面上，從半球面上口沿徑向匯聚于半球面底部（如圖2），所有負極起于半球面1/3處，沿徑向貼至半球面上口，經(jīng)懸空匯聚于電極支架6上端圓板，俯視看，所有正、負電極成均勻交錯排列（如圖2、3所示）。所述的被加速物體為金屬球或金屬球殼。具體可以采用噴有導電漆的乒乓球，作為導電的宏觀金屬球殼。所述的直流高壓電源給高壓電極提供電源。實驗時，直流高壓電源給電極提供電荷，“金屬球殼”在電場力作用下奔向離得最近的電極（例如正極），在電極處帶上與電極相同符號的電荷（+q），同時，由于同號電荷相斥，異號電荷相吸以及慣性的作用，“金屬球殼”將加速奔向相鄰電極(負極)，在下一個電極處，“金屬球殼”上與該電極異號的電荷（+q）被中和掉，并重新帶上與該電極相同符號的電荷（-q），同理，重新帶電后的“金屬球殼”又會奔向下一個相鄰電極（正極），如此往復，“金屬球殼”將在電場力的作用下不斷被加速，從而動能越來越大，宏觀表現(xiàn)是“金屬球殼”運動的軌道平面越來越高，動能增量源于電場力做功。本靜電加速演示儀用有形電極明確電場分布區(qū)域和方向，使實驗容易理解。本靜電加速演示儀用噴有導電漆的乒乓球代替微觀帶電粒子，使現(xiàn)象直觀可視。本靜電加速演示儀用乒乓球在半球面中運動平面的高低演示乒乓球動能的大小，使實驗現(xiàn)象生動有趣，有說服力。本靜電加速演示儀通過改變直流電壓的數(shù)值，可改變乒乓球所能達到的最高運動平面，說明“金屬球殼”運動的能量來源于靜電場力做功；通過改變帶電球體的質(zhì)量，可以改變球體圓周運動的周期，定性演示了做圓周運動物體運動周期與質(zhì)量有關。附圖說明圖1為本靜電演示儀結(jié)構(gòu)圖示。圖2為加速軌道的結(jié)構(gòu)圖。圖3為絕緣半球面的俯視圖。圖4為絕緣支架的結(jié)構(gòu)圖圖中標號：1為加速軌道，2為被加速物體，3為直流高壓電源，4為絕緣底座，5為絕緣半球面，6為絕緣支架，7為高壓電極的負極，8為高壓電極的正極。具體實施方式靜電加速演示儀結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由加速軌道1、被加速物體2、直流高壓電源3三部分組成。其中所述加速軌道構(gòu)成如圖2所示，包括絕緣底座4、絕緣半球形球面5、絕緣電極支架6和高壓電極7、8四部分組成。其中絕緣底座4作用是防止電極漏電，采用硬質(zhì)絕緣材料，粗細不限，實心、空心均可，高度在5cm以上即可。絕緣半球面5底部置于絕緣底座4上，提供電極安放場地和“金屬球殼”的運動場地，為方便從側(cè)面觀看實驗現(xiàn)象，需采用透明硬質(zhì)絕緣材料，且尺寸太小不便觀察，太大不便攜帶，本裝置采用的是有機玻璃半球面，直徑50cm。絕緣電極支架6采用硬質(zhì)絕緣材料，由一根立柱（粗細不限，實心、空心均可），上下各一塊圓板構(gòu)成（如圖4），支架的作用在于分離正負電極，使之不易放電，支架豎立于絕緣半球面內(nèi)中心處。高壓電極由4組導電膠帶并聯(lián)而成，所有正極均勻粘貼在半球面上，并匯聚于半球面底部（如圖2）；所有負極起于半球面下半部分，匯聚于導電支架上端，所有正、負電極均勻交錯排列（如圖2、3所示）。所述被加速的對象尺寸不能太小，否則帶電量少，現(xiàn)象不明顯，又不能太重，否則阻力大，故采用噴有導電漆的乒乓球，形成一個可以導電的宏觀“金屬球殼”。所述電源采用直流高壓電源，需能提供3萬伏以上的直流電壓。本實驗通過直流高壓電源給電極提供電荷，“金屬球殼”在電場力作用下奔向離得最近的電極（例如正極），在電極處帶上與電極相同符號的電荷（+q），同時，由于同號電荷相斥，異號電荷相吸以及慣性的作用，“金屬球殼”將加速奔向相鄰電極(負極)，在下一個電極處，“金屬球殼”上與該電極異號的電荷（+q）被中和掉，并重新帶上與該電極相同符號的電荷（-q），同理，重新帶電后的“金屬球殼”又會奔向下一個相鄰電極（正極），如此往復，“金屬球殼”將在電場力的作用下不斷被加速，從而動能越來越大，宏觀表現(xiàn)是“金屬球殼”運動的軌道平面越來越高，動能增量源于電場力做功。實驗中，通過改變直流電壓的數(shù)值，可改變乒乓球所能達到的最高運動平面，說明“金屬球殼”運動的能量來源于靜電場力做功；通過改變帶電球體的質(zhì)量，可以改變球體圓周運動的周期，定性演示了做圓周運動物體運動周期與質(zhì)量有關。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種靜電加速演示儀，其特征在于，由加速軌道、被加速物體、直流高壓電源組成；其中：所述加速軌道包括絕緣底座、絕緣半球形球面、絕緣電極支架和高壓電極；其中，絕緣底座采用硬質(zhì)絕緣材料，絕緣半球面采用透明硬質(zhì)絕緣材料，絕緣半球面的底部位于絕緣底座上；絕緣電極支架采用硬質(zhì)絕緣材料，由一根立柱及固定于上、下兩端的各一塊圓板構(gòu)成，豎立于絕緣半球面內(nèi)中心處；高壓電極由多組導電膠帶并聯(lián)而成，其中，所有正極均勻粘貼在半球面上，從半球面上口沿徑向匯聚于半球面底部，所有負極起于半球面1/3處，沿徑向貼至半球面上口，經(jīng)懸空匯聚于電極支架上端圓板，俯視看，所有正、負電極成均勻交錯排列；所述被加速物體為金屬球或金屬球殼；所述直流高壓電源給高壓電極提供電源。

【技術特征摘要】
1.一種靜電加速演示儀，其特征在于，由加速軌道、被加速物體、直流高壓電源組成；其中：
所述加速軌道包括絕緣底座、絕緣半球形球面、絕緣電極支架和高壓電極；其中，絕緣底座采用硬質(zhì)絕緣材料，絕緣半球面采用透明硬質(zhì)絕緣材料，絕緣半球面的底部位于絕緣底座上；絕緣電極支架采用硬質(zhì)絕緣材料，由一根立柱及固定于上、下兩端的各一塊圓板構(gòu)成，豎立于絕緣半球面內(nèi)中心處；高壓電極由多組導電膠帶并聯(lián)而成，其中，所有正極...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：呂景林，楊凱鳴，
申請(專利權(quán))人：復旦大學，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31