制作尖端放電現(xiàn)象演示儀

尖端放電現(xiàn)象是非常神秘刺激的，我們一直很希望在課堂上通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示真實(shí)地觀看到這一現(xiàn)象。為此我和同伴們經(jīng)過(guò)多次反復(fù)地設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，最終制作了幾種尖端放電演示儀，它們能很好地、較全面地演示尖端放電現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯，而且操作簡(jiǎn)單，受到了老師和同學(xué)們的一致好評(píng)。

一、制作背景

老師在講解尖端放電現(xiàn)象時(shí)，因?yàn)闆](méi)有一個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)模擬演示該現(xiàn)象，使得我們當(dāng)時(shí)對(duì)這一部分的內(nèi)容都感到很困惑，抽象的理論知識(shí)很難理解，只能憑空想象。在學(xué)校創(chuàng)新社團(tuán)活動(dòng)中，我針對(duì)此問(wèn)題同大家討論，有了自己動(dòng)手制作實(shí)驗(yàn)儀器的想法，并將其告訴了物理老師。老師很支持我的設(shè)想，并給予我很大的鼓勵(lì)，使我信心倍增，于是和另外兩名同學(xué)一起開(kāi)始了“尖端放電演示儀”的設(shè)計(jì)和研究。

二、制作目的

希望能利用自己親手制作的儀器，將抽象的概念理論形象地演示出來(lái)，讓同學(xué)們都能親眼觀察到尖端放電現(xiàn)象的情景，以此來(lái)加深大家對(duì)這部分內(nèi)容的印象，同時(shí)幫助大家理解知識(shí)。希望通過(guò)自己設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)儀器，鍛煉自己的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，學(xué)中做，做中學(xué)，使自己在成長(zhǎng)路上的個(gè)性化發(fā)展得到體現(xiàn)。

三、思路與方法

帶著查閱的資料，通過(guò)虛心請(qǐng)教物理老師，我們明白了在導(dǎo)體的帶電量及其周?chē)h(huán)境相同的情況下，導(dǎo)體尖端越尖，曲率越小，電荷面密度越高，其附近場(chǎng)強(qiáng)也就越大，尖端效應(yīng)越明顯。當(dāng)我們?cè)趦蓚€(gè)針形電極桿間加上高壓后，因?yàn)榧舛颂幍碾姾擅婷芏茸畲?，附近的電?chǎng)最強(qiáng)，強(qiáng)電場(chǎng)將使尖端附近空氣中殘存的離子發(fā)生加速運(yùn)動(dòng)，被加速的離子與空氣分子碰撞，使空氣分子電離，產(chǎn)生大量新的離子。與尖端電荷異號(hào)的離子受吸引而趨向尖端，最后與尖端上的電荷中和；與尖端電荷同號(hào)的離子受排斥而飛向遠(yuǎn)方，形成“電風(fēng)”，即因尖端放電所產(chǎn)生的帶電粒子流或者稱作“電離的氣體流”。

由此我們想到，利用尖端放電在兩個(gè)相距較近的針型電極之間可以產(chǎn)生電火花放電，還可以利用尖端放電所產(chǎn)生的帶電粒子流推動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，并且尖端放電所產(chǎn)生的帶電粒子流還可以推動(dòng)風(fēng)輪自身轉(zhuǎn)動(dòng)。

四、具體研究制作

我們決定制作一個(gè)多功能實(shí)驗(yàn)儀器，盡可能多地把尖端放電現(xiàn)象演示出來(lái)，最終設(shè)計(jì)的綜合方案見(jiàn)圖1。

1.準(zhǔn)備材料工具

制作材料主要有：木板、大鋼釘、不銹鋼管、哥倆好膠水、空飲料瓶、子母扣、舊自行車(chē)輻條、易拉罐、膨脹螺絲、螺絲釘、空筆管、接線柱、導(dǎo)線、5 V直流減速電機(jī)、手機(jī)充電寶等；工具主要有：電鉆、開(kāi)孔器、鋸子、鉗子、改錐、錘子、電烙鐵、直尺、剪刀等。

2.制作平行排列的金屬尖端

準(zhǔn)備12個(gè)大鋼釘，取兩根不銹鋼管，根據(jù)鋼釘?shù)拇笮?，在每根管上平行?個(gè)孔，每個(gè)孔之間大約相距4.5厘米，孔要比鋼釘稍微小一點(diǎn)，然后把鋼釘插入孔中，用哥倆好膠水將鋼管與鋼釘粘牢。

3.滾筒的制作

圖1

找一個(gè)空飲料瓶，在瓶蓋中心處用電烙鐵鉆一個(gè)小孔，在瓶底中心處也鉆一個(gè)小孔，并安裝上子母扣作為支撐軸承；再找一根舊自行車(chē)輻條，一端打尖后插入飲料瓶中，尖端撐到子母扣里就可以了；最后在滾筒上粘貼顏色鮮艷的彩條，滾筒制作完成。

4.底座的制作及安裝

找一個(gè)合適的木塊，在中心位置打孔，把滾筒固定在中心打孔的位置；在滾筒兩邊打兩個(gè)孔，位置要根據(jù)平行排列的金屬尖端的長(zhǎng)短而定，試著調(diào)整放電排針的位置，使其與旋轉(zhuǎn)滾筒保持相切并靠近，且與滾筒中軸平行，但不能接觸，調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)自如后，就找到兩個(gè)孔的位置了（也就是金屬管的位置）；把帶有排針的金屬管，豎直固定在木板上，然后在木板上離金屬管較近的地方，安裝兩個(gè)接線柱，在金屬管的底部焊接導(dǎo)線，并將導(dǎo)線和接線柱相連，這樣儀器底座就制作好了。

5.尖端放電旋轉(zhuǎn)桿的制作

根據(jù)兩邊排針的位置，確定旋轉(zhuǎn)桿上的具體打孔位置；用電鉆在金屬桿上等間距不同方向打三個(gè)孔，安裝鋼釘，旋轉(zhuǎn)桿即制作完成。

在木板上按照電機(jī)的形狀畫(huà)出位置，用電鉆打孔，并將電機(jī)放到所打好的孔中；用螺絲釘將電機(jī)固定在木板上，電機(jī)轉(zhuǎn)軸外加膠套，旋轉(zhuǎn)桿內(nèi)加入膨脹螺絲，以確保旋轉(zhuǎn)桿在轉(zhuǎn)軸上穩(wěn)固。

6.電風(fēng)輪的制作

將空易拉罐剪開(kāi)，用錘子將易拉罐皮砸平，使其成為一塊平鐵板；用直尺和記號(hào)筆在平鐵板上畫(huà)出風(fēng)輪輪廓，用剪刀剪出風(fēng)輪外形；在風(fēng)輪的正中心安裝上子母扣，不斷修正風(fēng)輪的外形，讓它最終對(duì)稱不偏轉(zhuǎn)；把自行車(chē)輻條一端打磨光滑，將風(fēng)輪頂上去。

該儀器制作完畢，制作模型見(jiàn)圖2。

圖2

7.制作中的注意事項(xiàng)

（1）兩排針的傾斜度和與滾筒間的距離要合適，否則滾筒轉(zhuǎn)速太慢。

（2）轉(zhuǎn)軸要位于對(duì)稱位置，否則不利于轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）演示尖端放電用的旋轉(zhuǎn)桿上的鋼針的位置要確保與兩側(cè)排針的距離接近但不接觸，這樣放電現(xiàn)象才會(huì)明顯。

（4）電風(fēng)輪要選用輕薄的金屬片來(lái)制作，支撐桿頂端要尖一些，否則電風(fēng)輪轉(zhuǎn)不起來(lái)或者轉(zhuǎn)速太慢。

8.具體使用方法

（1）將電子起電機(jī)的兩個(gè)電極桿分別與接線柱相連，觀察尖端的放電情況；不斷加大電壓，可以看到飲料瓶繞軸由慢到快地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（如圖3）。

（2）將電子起電機(jī)的兩個(gè)電極桿分別與接線柱相連，開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)遙控開(kāi)關(guān)，中間的排針管開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察尖端的放電情況；不斷加大電壓，可以看到距離較近的兩個(gè)針型電極之間有非常明顯的電火花出現(xiàn)。

（3）將電子起電機(jī)的兩個(gè)電極桿，分別與電風(fēng)輪的支撐桿和驗(yàn)電羽的支撐桿相連，不斷加大電壓，可以看到電風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)了起來(lái)，同時(shí)驗(yàn)電羽上的線向四周炸開(kāi)。每項(xiàng)演示完畢后，都要先關(guān)掉電源，再用導(dǎo)線放電。

五、效果和創(chuàng)新點(diǎn)

1.該演示儀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象生動(dòng)、有趣、直觀，能很好地激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，為老師在講解尖端放電原理的知識(shí)點(diǎn)時(shí)提供了非常好的輔助工具。

2.該演示儀操作簡(jiǎn)單、安全，且成本低廉，我們利用身邊的物品，自己動(dòng)手制作，既消化了知識(shí)又鍛煉了動(dòng)手能力，很好地增強(qiáng)了物理教學(xué)中“堂堂做實(shí)驗(yàn)、課課用教具”的意識(shí)。

六、收獲體會(huì)

我們制作的尖端放電現(xiàn)象演示儀充分體現(xiàn)了其科學(xué)性、示范性和實(shí)用性的特點(diǎn)，將枯燥的學(xué)習(xí)過(guò)程變得生動(dòng)有趣。通過(guò)制作該作品，將我們的創(chuàng)造性與開(kāi)發(fā)性思維融為了一體，提高了動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，是我們成長(zhǎng)路上的一個(gè)收獲、見(jiàn)證。

圖3