范德格拉夫起电机最全的介绍

典型范德格拉夫起电机原理示意图一个简单的范德格拉夫起电机由丝绸腰带组成，或类似的有弹性的介质材料，包围在两个金属滚轮上，其中之一是中空的，2个电极（2）及（7），尖锐的金属以梳状行的形式，分别被放置在靠近底部的下滑轮和球体内，滑轮。

电刷（2）连接到球上，同时电刷（7）接地。

当皮带运行过在前面的低电刷，在周围的电场下，它将携带负电荷。

当皮带触摸上滚轮（3），移出一些电子，使得滚轮带负电荷（如果末端是绝缘的），负电荷的电场添加使空气电离。

然后从电子从皮带上离开转移到上电刷上，使皮带带正电的，因为它的电荷下降，而末端的带负电荷。

球体外壳与上滚轮发生电磁感应，在它的外表面积累产生的正电荷，上滚轮的放电及皮带极性发生变化使其恢复电中性。

由于皮带继续运行，通过皮带传递，球继续积累正电荷，直到充满。

它越是远离地面，最终的电量就越多。

1) 中空金属球壳2) 上部电极3) 上部滚轴（金属制）4) 这条带子带有正电荷5) 这条带子带有负电荷6) 下部滚轴（可以采用丙烯酸玻璃制制）7) 下部电极（接地）8) 带负电的球型装置，用于将主球壳放电9) 因电位差产生的电花。

你得准备好材料和工具买一个空心金属球（五金店），在3/4处锯开，取一段橡胶或其他材料剪成长条，粘成一个圈，作为传送皮带取一段硬塑料膜（文具店）或纸，卷成筒，用纸做一个基座，找两根塑料棒（可从笔上截下），找一根金属棒（从衣架上截取），一个蛋糕上的叉子，一个电动机（转速一定要快），电池盒一个。

然后开始组装用电烙铁将金属棒焊接在金属球中；塑料膜上部各打两个洞，一个塑料棒绕上皮带穿过；另一个塑料棒固定在电动机上，基座上打两个洞塑料棒绕上皮带穿过，电动机与电池盒焊在一起；用502或其他胶水将塑料膜、金属球和基座粘在一起（你可以将塑料膜上下两端剪开一些以便粘住）。

至此就完成了，当然，这个起动机比较小，可能效果不明显。

第3节电场电场强度教学设计【播放视频】①范德格拉夫起电机：跳跃的蛋挞壳。

②范德格拉夫起电机：怒发冲冠。

【提问】①相隔一定距离的电荷间可以发生力的作用。

电荷间的相互作用是通过什么发生的？②通过起电机使人体带电，蛋挞壳为什么飞？人的头发会竖起并散开。

为什么会出现这种现象？【提问】如图，带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。

带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？（1）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？（2）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？【讲述】19世纪30年代，英国科学家法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场（electric field)。

→处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。

【讲述】电场对场中的其它电荷产生力的作用。

【讲述】电场的定义：电场存在于电荷周围，是能传递电荷间相互作用力的一种特殊物质。

电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用，即电场力。

静电场：静止电荷产生的电场。

说明：（1）只要是带电体，周围都能产生电场。

电场对于电荷的作用实际是电场与电场的相互作用。

（2）电场以及磁场已被证明是一种客观存在。

场具有能量，也是物质存在的一种形式。

【提问】电场对电荷有力的作用，怎样描述这种作用呢？【提问】研究某一个力时，涉及的物体有施力物体和受力物体。

对某一个电场而言，其中的电荷是否也有类似的区分呢？【讲述】试探电荷：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，叫试探电荷。

试探电荷的特点：体积足够小；电荷量足够小。

试探电荷的引入不改变源电荷的电场。

场源电荷：激发电场的带电体所带的电荷叫场源电荷，或源电荷。

【提问】如图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷Q越远，夹角越小，这说明了什么问题？电场的强弱与哪些因素有关呢？【提问】类似的，我们已经知道，在电场中的同一位置，由于小球所带电荷量不同，所受的电场力不同。

第十八章静电场中的导体和电介质18-1．如图所示，三块平行放置的金属板A 、B 、C ，面积均为S ．B 、C 板接地，A 板带电量Q ，其厚度可忽略不计．设A 、B 板间距为l ，B 、C 板间距为d ．因d 很小，各金属板可视为无穷大平面，即可忽略边缘效应．试求：（1）B 、C 板上的感应电荷，（2）空间的场强及电势分布．解因d 很小，各金属板可视为无穷大平面，所以除边缘部分外，可认为E 沿Oz 方向，z 相同处E 的大小相同，即()z E E z k =．（1）设B 、C 表面的面电荷密度为1σ、2σ、3σ、4σ如图所示．由于B 、C 板接地，故B 、C 板电势与无穷远相同，电势均为零．若B 、C 板外表面带有电荷，必有电场线连接板外表面与无穷远，则B 、C 板电势与无穷远不同，因此可知B 、C 板外表面不带电荷，即140σσ==．作高斯面为闭合圆柱面如图，两底面在B 、C 板内部、与Oz 垂直，侧面与Oz 平行，由高斯定理23101d 0()Q E S S S σσε⋅==++⎰⎰可得23Q S σσ+=-（1） 根据叠加原理，Ⅰ区E 为3个无穷大带电平面产生的场强的叠加，即321000222z Q S E σσεεε=-- 同理，Ⅱ区电场强度322000222z Q S E σσεεε=+- 因为A 、B 间的电压AB U 与A 、C 板的电压AC U 相等，12()z z E l E d l -=-，即3322000000()()()222222Q S Q S l d l σσσσεεεεεε---=+-- 即232Q d l S dσσ--=-（2） 联立求解（1）（2）式得：2d l Q d S σ-=-，3l Q d Sσ=-．所以B 、C 板内表面分别带电 22d l Q S Q d σ-=⋅=-，33l Q S Q dσ=⋅=- （2）Ⅰ区321000222z Q S E σσεεε=--0001()222d l l Q d d S εεε-=--+0()d l Q dSε-=- 00111d d z z z E l E l ϕ=⋅=-⋅⎰⎰0()d l Q z dSε-= Ⅱ区322000222z Q S E σσεεε=+-0001()222d l l Q d d S εεε-=-++0lQ dSε= 222d d d d z z z E l E l ϕ=⋅=⋅⎰⎰0()lQ d z dSε=- 18-2．点电荷q 放在电中性导体球壳的中心，壳的内外半径分别为1R 和2R ，如图所示．求场强和电势的分布，并画出r E -和r -ϕ曲线．解由于电荷q 位于球心O ，导体球壳对球心O 具有球对称性，故感应电荷和电场的分布也对球心O 具有球对称性；可知感应电荷均匀分布在导体球壳的内外表面上；电场线为过O 点的放射状半直线，场强E 沿半径方向，在到O 点的距离r 相同处，场强的大小E 相等．设球壳内表面带电1Q ，外表面带电2Q ．用以O 点为球心，12R r R <<为半径的球面为高斯面，根据高斯定理101d 0()E S q Q ε⋅==+⎰⎰可知1Q q =-；由于导体球壳电中性，由120Q Q +=，所以2Q q =．根据叠加原理，场强和电势分别为点电荷q 、均匀带电1Q 和2Q 的球面的场强和电势的叠加．考虑到在电荷球对称分布情况下，在电荷分布区以外的场强和电势与总电量集中在球心的点电荷的场强和电势的表达式相同．取参考点在无穷远；2r R >时，121220044q Q Q q E r r πεπε++==，1210044q Q Q q r rϕπεπε++== 21R r R ≥≥时，112004q Q E r πε+==，12100202444q Q Q q r R R ϕπεπεπε+=+= 1r R <时，1204q E rπε=，12100102012111()4444Q Q q q r R R r R R ϕπεπεπεπε=++=-+ 请读者画出r E -和r -ϕ曲线．18-3．一半径为A R 的金属球A 外罩有一个同心金属球壳B ，球壳很薄，内外半径均可看成B R ，如图所示．已知A 带电量为A Q ，B 带电量为B Q ．试求：（1）A 的表面1S ，B 的内外表面2S 、3S 上的电量；（2）A 、B 球的电势（无穷远处电势为零）．解由于金属球A 和同心金属球壳B 对球心O 具有球对称性，故电荷和电场的分布也对球心O 具有球对称性；可知电荷均匀分布在导体球壳的内外表面上；电场线为过O 点的放射状半直线，场强E 沿半径方向，在到O 点的距离r 相同处，场强的大小E 相等．（1）金属球A 带电A Q 分布于A 的外表面1S ；设金属球壳B 内表面带电2Q ，外表面带电3Q ，23B Q Q Q +=．用以O 点为球心、B r R =为半径、位于球壳B 金属内部的球面为高斯面，根据高斯定理A 201d 0()E S Q Q ε⋅==+⎰⎰可知2A Q Q =-；由于23B Q Q Q +=，所以3A B Q Q Q =+．（2）根据叠加原理，电势为三个均匀带电球面产生电势的叠加，即B r R ≥区域，A 23A B 10044Q Q Q Q Q r r ϕπεπε+++== 令B r R =，即为B 球的电势A B B 0B4Q Q R ϕπε+=． B A R r R >≥区域，3A 2A B 200B 0B 0B1()4444Q Q Q Q Q r R R r R ϕπεπεπεπε=++=+ 令A r R =，即为A 球的电势A B A 0A B 1()4Q Q RR ϕπε=+． 18-4．同轴传输线是由两个很长且彼此绝缘的同轴金属直圆柱构成，如图所示．设内圆柱体的半径为1R ，外圆柱体的内半径为2R ．使内圆柱带电，单位长度上的电量为η，试求内外圆柱间的电势差．解由于两个同轴金属直圆柱可视为无限长、对圆柱轴线O 轴对称；所以电荷和电场的分布也对圆柱轴线O 轴对称；电场线在垂直于圆柱轴线的平面内，为过圆柱轴线的放射状半直线；场强E 沿半径方向，在到轴线O 的距离r 相同处，场强的大小E 相等．用以圆柱轴线为轴，两底面与圆柱轴线垂直的闭合圆柱面为高斯面．高斯面的两底面与圆柱轴线O 垂直，半径为r ，21R r R >>；两底面与E 平行，E 通量为零；圆柱侧面长度为l ，与E 正交，E 通量2rlE ϕπ=．由高斯定理10d 2l E S rlE ηπε⋅==⎰⎰可得02E rηπε=． 沿电场线积分，由1R 沿半径到2R ，内外圆柱间的电势差 2221112001d d d ln 22R R R R R R R U E l E r r r R ηηπεπε=⋅===⎰⎰⎰ 18-5．半径为2.0cm 的导体球外套有一个与它同心的导体球壳，球壳的内外半径分别为4.0cm 和5.0cm （如图所示）．球与球壳间是空气，球壳外也是空气，当内球带电荷为83.010C -⨯时，试求：（1）这个系统的静电能；（2）如果用导线把球壳与球连在一起，结果如何？解（1）考虑系统对球心O 具有球对称性，可知内球表面均匀带电83.010C Q -=⨯．根据高斯定理可以求得球壳的内表面均匀带电83.010C Q --=-⨯，球壳的外表面均匀带电83.010C Q -=⨯．根据导体性质和叠加原理可得10.02m r r <=区和230.04m 0.05m r r r =<<=区，0E =；12r r r <<区和3r r <区，204r Q E e r πε=． 系统静电能2132222t 00220011()4d ()4d 2424r r r Q Q W r r r r r rεπεππεπε∞=+⎰⎰ 20123111()8Q r r r πε=-+41.810(J)-=⨯ （2）如果用导线把球壳与球连在一起，则球壳与球成为一个导体，仅球壳的外表面均匀带电83.010C Q -=⨯．根据导体性质和叠加原理可得 3r r <区，0E =；3r r <区，204r Q E e r πε=． 系统静电能322t 0201()4d 24r Q W r r r εππε∞=⎰20318Q r πε=58.110(J)-=⨯ 18-6．范德格拉夫起电机球形高压电极A 的外半径为20cm ，空气的介电强度（击穿场强）为13kV mm -⋅，问此范德格拉夫起电机最多能达到多大电压？解球形高压电极A 的外半径为0.20m R =，电极A 外接近电极处场强最大61max 20310k m 4q E Rπε-==⨯⋅ 起电机能达到最大电压5max max 0610(V)4q U E R Rπε==⋅=⨯18-7．如图所示，682μF C C ==，其余的电容均为3μF ．（1）求A 、B 间总电容．（2）若900V AB U =，求1C 、9C 上的电量．（3）若V U AB 900=，求CD U ．解（1）3C 、4C 、5C 串联，3453451111C C C C =++ 所以3451F C =μ．345C 与6C 并联，则345634563F C C C =+=μ3456C 与2C 、7C 串联，电容为C '，3456271111C C C C =++' 可得1F C '=μ．C '与8C 并联，电容为C ''，83F C C C '''=+=μ．C ''与1C 、9C 串联，电容为AB C ，191111AB C C C C =++'' 因此1F AB C =μ．（2）1C 、9C 与C ''串联，19C C C ''==，19AB U U U U ''++=， 所以191300V 3AB U U U U ''====，故41199910(C)C U C U C U -''''===⨯．（3）由300V U ''=，3456C 、2C 、7C 串联，3456273F C C C ===μ，故100V CD U =． 18-8．收音机里用的电容器如图所示，其中共有n 个面积为S 的金属片，相邻两片的距离均为d ．奇数片连在一起作为一极，它们固定不动（叫做定片）．偶数片连在一起作为另一极，可以绕轴转动（叫做动片）．（1）转动到什么位置C 最大？转动到什么位置C 最小？（2）忽略边缘效应，证明C 的最大值dS n C 0max )1(ε-=． 解相邻的奇数金属片和偶数金属片的相对面构成一个平行板电容器，电容0i S C d ε'=，S '为相邻两金属片相对的面积．因奇数金属片和偶数金属片分别连成一极，n 个金属片就构成了(1)n -个并联的平行板电容器，其电容量0(1)(1)i S C n C n d ε'=-=-当S '最大，即可动金属片完全旋进时（可动金属片转至和固定金属片完全相对），此电容器的电容最大，0max (1)SC n d ε=-；当S '最小，即可动金属片完全旋出时，min 0C =．18-9．一个电偶极子，其电偶极矩为8210C m p -=⨯⋅，把它放在510 1.010V mE -=⨯⋅的均匀外电场中．（1）外电场作用于电偶极子上的最大力矩多大？（2）把偶极子从0=θ位置转到电场力矩最大（2θπ=）的位置时，外力所做的功多大？解（1）0T p E =⨯，当2θπ=时853max 021********(N m)T pE .--==⨯⨯⨯=⨯⋅（2）电场力做功，0δsin d sind AF l qlE θθθθ+=-=-，20000sin d A qlE qlE pE πθθ=-=-=-⎰外力做功30210(J)A A pE -'=-==⨯18-10．如图所示，平行板电容器两板带电量分别为Q ±，两板间距为d ，其间有两种电介质：1区介质电容率为1ε，所占面积为1S ；2区介质电容率为2ε，所占面积为2S ．求：（1）两区的1D 、1E 和2D 、2E ，两区对应极板上的自由电荷面密度1σ、2σ；（2）电容器的电容C ．解作z 轴垂直于板面．忽略边缘效应．D 均匀，沿z 方向．取高斯面为小圆柱面如图，根据高斯定理可得111d D S D S S σ⋅=∆=∆⎰⎰，1D σ=所以11D k σ=．同理22D k σ=．两极板是导体，极板为等势体，12E d E d =，12E E =． 由于111E k σε=，222E k σε=，所以1212σσεε=．又因1122S S Q σσ+=，故 111122Q S S εσεε=+，221122Q S S εσεε=+ 121122Q E E k S S εε==+ 1111122Q D k k S S εσεε==+，2221122Q D k k S S εσεε==+ （第十八章题解结束）。

阶段检测(六) 第十单元一、选择题Ⅰ(本题共13小题,每小题3分,共39分。

每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)1.如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小为B。

L形导线通以恒定电流I,放置在磁场中。

已知ab边长为2l,与磁场方向垂直,bc边长为l,与磁场方向平行。

该导线受到的安培力为( )A.0B.BIlC.2BIlD.√5BIl2.从太阳和其他星体发射出的高能粒子流,在射向地球时,地磁场会改变其运动方向,对地球起到保护作用。

地磁场的示意图(虚线,方向未标出)如图所示,赤道上方的磁场可看作与地面平行,若有来自宇宙的一束粒子流,其中含有α(He的原子核)射线、β(电子)射线、γ(光子)射线以及质子,沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空,则在地磁场的作用下( )A.α射线沿直线射向赤道B.β射线向西偏转C.γ射线向东偏转D.质子向北偏转3.如图所示,一光滑绝缘的圆柱体固定在水平面上。

导体棒AB可绕过其中点的转轴在圆柱体的上表面内自由转动,导体棒CD固定在圆柱体的下底面。

开始时,两棒相互垂直并静止,两棒中点O1、O2连线与圆柱体的中轴线重合。

现对两棒同时通入图示方向(A到B、C到D)的电流。

下列说法正确的是( )A.通电后,AB棒仍将保持静止B.通电后,AB棒将逆时针转动(俯视)C.通电后,AB棒将顺时针转动(俯视)D.通电瞬间,线段O1O2上存在磁感应强度为零的位置4.电流天平如图所示,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。

它的右臂挂有一个矩形线圈,匝数为N,底边长为L,下部悬在匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直。

当线圈中通有图示方向的电流I时,调节砝码使两臂达到平衡;然后使电流反向、大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能使两臂达到新的平衡。

所测磁场的磁感应强度B的大小为( )A.mg2NIL B.2mgNILC.NIL2mgD.2NILmg5.粗糙绝缘水平面上垂直穿过两根长直导线,两根导线中通有相同的电流,电流方向竖直向上。

中学物理实验研究范式器电机的研究简介范氏起电机，即范德格拉夫起电机（Van de Graaff generato），是由美国科学家范德格拉于1931年发明的。

起电机以摩擦生电的原理，不断产生大量电荷。

起电机内里有一条橡皮带，由胶辘带动运转。

可产生高达几万到十几万伏电压。

范氏起电机的有摩擦生电和当空腔导体的腔内没有其它带电体时在静电平衡状态下导体空腔内表面上无电荷，电荷只能分布在空腔的外表面。

范得格拉夫起电机就是利用空腔导体的这一特性制成的。

实验仪器图示：1，蓄电球 8，白炽灯开关2，调整螺丝 9，底座3，集电流 10，电源开关4，皮带 11，接地插孔5，有机玻璃圆筒 12，干燥用白炽灯6，像胶带 13，放电球7，电动机 14，放电球绝缘杆如图是范氏起电机的示意图，蓄电球是一个空心的不接地的球壳，当电源接通后，电动机会带动橡胶带转动，同时摩擦产生电荷。

并通过橡胶带自身的滚动，这些电荷会聚集在球壳外。

当球壳上聚集到一定电荷时，关闭电源，电动机停止转动，这时用放电球13靠近球壳，就会看见球壳和放点球之间产生电火花，即明显放电现象。

这时的电压可以达到几万十几万伏。

实验仪器范氏起电机放点导体棒实验步骤（1）仔细阅读范氏起电机的说明书，熟悉仪器。

（2）按照要求，连接电源，打开开关，同时打开干燥用的白炽灯。

（3）一段时间后，关闭开关，握住放电球的绝缘手柄，使放电球靠近球壳，记下实验现象，应该会看到球壳和放电球之间有明显的电火花产生，并在短暂放电后结束，这时候要粗略测量出放电球和球壳之间的距离。

（4）重复几次实验，并粗略估算出范氏起电机可以产生的电压。

实验注意事项（1）在起电机聚集电荷的时候，不要离起电机太近。

（2）在放电之前不要用手去触摸球壳，虽然起电机所聚集的电量较小，一般不会对人体产生太大的伤害，不过过高的瞬间电流也多多少少会对人体产生影响。

实验记录现象：当放电球靠近导体球壳到一定距离的时候，会看到导体球壳与放电球之间产生明显地电火花，并很快就消失。

范德格拉夫起电机工作原理我们大多数人都见过这个能让人们的头发直立的、称作范德格拉夫起电机的设备。

该设备看起来就像一个安装在底座上的大铝球，您可以从下图中看到它的效果。

Photo courtesy-->约翰·兹维萨和他的儿子近距离体验范德格拉夫起电机！您是否曾经想知道这个设备到底是什么、它是如何工作的、发明它的目的是什么以及您自己如何制作一台这样的设备？当然，它不是为了让人们的头发直立而发明的……或者，您是否曾经在干燥的冬日里拖着赤足走过地毯，然后在碰到某个金属物体时受到从未有过的电击？您是否曾想了解静电和静电贴纸的奥秘？如果您曾思考过上述任一问题，那么本文将为您提供完美的答案。

在本篇博闻网文章中，我们将对范德格拉夫起电机和静电进行一般性的讨论。

您甚至将学会如何制作自己的范德格拉夫起电机！要了解范德格拉夫起电机以及它的工作方式，您需要了解静电。

我们几乎全都熟悉静电，因为我们能在冬天看到并感觉到它。

在干燥的冬日，静电能够在我们的身体中累积，并且使电火花从我们的身体跳到金属物体或其他人的身体上。

当电火花跳跃时，我们能够看到、感觉到它，并听到电火花的声音。

词根英语中“electron”（电子）一词来自于希腊语中意思为amber（琥珀）的单词！在科学课上，您还可能用静电做过一些实验。

例如，如果您用丝绸摩擦玻璃棒或用毛线摩擦琥珀，那么玻璃和琥珀将产生静电荷，能够吸引小的纸片或塑料。

要了解在身体或玻璃棒产生静电荷时发生了什么事情，您需要了解组成我们日常所见之万物的原子。

所有物质都由原子组成，原子本身由带电粒子组成。

原子具有由中子和质子组成的原子核。

它们还具有由电子组成的“外壳”。

通常，物质呈电中性，这意味着电子和质子的数量相等。

如果原子具有的电子数超过质子数，则原子带负电。

如果它的质子数超过电子数，则带正电。

一些原子保持电子的能力比其他原子强。

物质保持电子能力的强弱决定了它在摩擦电序中的位置。

电学根本规律的总结·电学的第三个根本原理——静电感应静电感应原理是英国自然哲学家康顿最早提出的．这个原理是指，如果把一块导体带进一个带电体的影响范围之内，无需接触带电体，在导体的远端就会出现与荷电体上电荷相同的电，而在导体近端出现的电荷与荷电体上的电荷性质相反．我们用一组实验来说明静电感应原理：①把一根金属棒放在一块玻璃底板上，棒的两端用金属线连接在验电器上．另外，我们还要有一根硬橡皮棒和一块绒布(图1－6)．实验进行如下：先观察一下验电器上的两块金箔是否合在一起，因为这是它们的正常位置．万一它们没有合拢，那么用手指接触一下金属棒，让它们合拢起来．做了这些初步工作以后，用绒布用力摩擦橡皮棒，再使它接触金属棒，两片金箔就立刻分开，甚至在橡皮棒移开以后，它们还是分开的．②我们再做一个实验．它所用的器具和以前的一样，开始实验时金箔仍然要合在一起．这次我们不使橡皮棒接触金属棒，而只放在金属棒附近．验电器的金箔又重新分开．但是这次的分开有点不同了．当橡皮棒(它完全没有接触金属)移开后，金箔不继续分开，而是立即合拢，恢复到原来的位置(图1－7)．③我们把器具稍微改变一下，来做第三个实验．假定金属棒是由两节连接起来的．我们用绒布把橡皮棒摩擦过以后，再把它接近金属棒．同样的现象又产生了——金箔分开了．但是现在先把金属棒的两节分开，然后才把橡皮棒移开．我们发现，在这个情况中金箔仍然分开，而不像在第二个实验中那样恢复原来的位置．用静电感应和电荷中和的原理很容易解释以上的实验．我们再把第二个实验做一点改变．假使当我们把橡皮棒放在金属棒旁边，同时又用自己的手指接触金属棒．现在会发生什么呢？请读者自己思考吧！范德格拉夫静电起电机(图1－9)是利用静电感应和尖端放电现象使导体获得极高电势的一种装置．图中A为一金属球壳，它固定在绝缘支柱B上，C是用绝缘材料(例如橡胶布)制成的传送带，它套在两个滑轮D和D′上．滑轮D由电动机M带动旋转，因而传送带循环运转．图中E和F是两排金属针，当E和几万伏的直流高压电源H的正极接通时，由于尖端处电场特别强，发生尖端放电现象，使靠近E的传送带带上正电，图中G是接地金属板，它的作用是加强E向传送带的喷电．当传送带上的正电荷被运送到F附近时，F由于静电感应带负电．同样，由于尖端附近电场特别强而发生尖端放电，这样，传送带上的正电荷便被转移到金属球壳A的外外表上．随着传送带不断地把正电荷运送到球壳上，球壳外外表所带正电荷越来越多，因而它的电位(即对地电位差)也就越来越高，大型的范德格拉夫静电起电机可产生高达107伏特的电位．如果放电针E接直流高压电源H的负极，H的正极接地，那么球壳A的外外表带负电，这时球壳A的电位是负值．范德格拉夫静电起电机的主要用途是，用来加速带电粒子，并使粒子获得很大的动能．为此，可在静电起电机内装一加速管，加速管竖直放置，顶部在金属球壳内．管内有离子发生装置，底部可放置用各种材料制成的靶，加速管被抽成高度真空．因为金属球壳电位比地电位高，所以管内电场的方向竖直向下．正离子注入这电场后，便在电场力作用下向下加速运动，由于电场很强，离子经过一段时间加速便能获得很大的动能，因而当它轰击底部的靶时，能够引起核反响并产生各种放射线．所以范德格拉夫静电起电机是研究原子核反响的根本设备之一．人们通过实验电学的研究，掌握了相当多的关于电荷的产生、储存和分布的知识．可以说，到富兰克林为止，人们对于电荷的认识已经有相当的成就了．可是，科学家永远是不会满足于已经获得的成就的．他们总是把已有的知识当做是翻开新的知识的大门的开始．于是，他们又提出了新的问题：既然电荷之间有力的作用，那么这电力的大小该怎样在数量上描述呢？在物理学家看来，如果不建立定量的规律，电的知识就不能被称为一门严密的科学．卡文迪许和库仑等人在这个问题上深入探索，结果发现了电学上第一个量化的定律——库仑定律．本杰明·富兰克林的成就1706年1月17日，富兰克林(图1－10)出生在北美洲波士顿的一个制造蜡烛的手工工人家庭．由于家境的原因，他只在学校里读了两年书，之后是12年的印刷工人生活．但是他一直坚持刻苦自学，阅读了大量的书籍，为他后来进行科学研究和社会活动奠定了坚实的文化科学的知识根底．在他40岁的那一年，他在波士顿观看了一名英国学者的电学实验，对此产生了很大的兴趣．此后的八年中，他致力于电学的研究，并取得了巨大的成就．我们前面已经提到了富兰克林在确立电荷守恒定律的过程中所做的奉献．此外更加著名的那么是他冒着生命危险进行的“风筝实验〞(图1－11)：在1752年6月的一个雷电交加的日子，他带着儿子来到费城广场，把一个缚有尖导体的风筝放入天空，风筝的引线系在给莱顿瓶充电的铁丝上面．雨水打湿了风筝引线，云层中的电沿着它传进了莱顿瓶．等雨停后，富兰克林拆下莱顿瓶，然后按照通常使莱顿瓶放电的方法使它放电，这个接收了云层中的电的莱顿瓶果然放出电来，跟用摩擦起电机充电的莱顿瓶放电的情况毫无二致．这样，云层中的电和摩擦电的同一性终于被证明了．这个实验当时震撼了全世界，因为它对人们感到最神秘、最可怕的自然现象提供了理性的解释，它破除了人们对闪电的迷信，证明了天电和地电的统一性．但是富兰克林的这个实验也是极其危险的，在他之后有好几位科学家都在重复他的实验的过程中被雷电击死！富兰克林的另一个重大成就是发现了尖端放电，并利用尖端放电的原理创造了避雷针．富兰克林为了使这项新创造能尽快地推广到世界各地，拒绝了当局授予他的创造避雷针的专利权．可是在英国，国王乔治三世却下令王宫里不准装富兰克林创造的尖头避雷针，而要装圆头的．我们知道，避雷针的头越尖，放电的效果越好．那为什么乔治三世要这么做呢？说出来实在可笑，原来只是因为富兰克林同时也是美国?独立宣言?的三位主要起草人之一，是英国的“敌人〞．可见当时的王公贵族们，在科学上是多么的无知！富兰克林对科学的奉献不仅在电学方面，而且在物理学和其他学科，如地学、气象学、植物学、数学、化学等方面，都有许多奉献．在热学中，他和剑桥大学的哈特莱共同利用乙醚的蒸发得到了零下25度的低温，创立了蒸发致冷理论．他还创造了老年人用的双焦距眼镜．富兰克林既是美国伟大的科学家，同时又是著名的政治家和文学家．但是他为人非常谦逊，在他病逝前，他为自己写的墓志铭只有简单的一句话：“印刷工富兰克林〞．真空中能产生电荷吗我们知道，充电是电荷的别离过程，这是需要做功的．那么如果提供能量，能不能在真空中产生电荷呢？答案是肯定的．如果能量足够高的X射线，穿过一块离得很近的物体，或者一对X射线相碰撞，X射线的能量在真空中就能产生一正一负的电荷．这个过程在高能粒子碰撞中是常见的，并已被拍成照片．这种带正电的电子被称为正电子或反电子(图1－12)．这种情况是怎么产生的？我们知道能量来自X射线．那么电荷又是怎样产生的呢？“净〞电荷是永远不能创生的．如果开始是零电荷，那么，总电荷必定总是零，从某种意义上讲电荷能创生，即必须是正电荷和负电荷同时产生，因为正的和负的互相抵消，总的效果是产生的电荷仍然为零．更精确地说，电荷是从真空中别离出来的，我们可以形象地做如下描述：如果真空的空间是灰色的，将其中一块面积b中的灰度移到c位置，并与原有的灰色面积重合，因而，使c处变为深灰色或是黑色．由于从b移走了灰度，所以剩下一块白色的面积(图1－13)．由此可见，实际上我们并没有创生黑色和白色面积，而是从灰色中别离出了黑色和白色面积．因此，实质上是在真空中别离出了正电荷和负电荷．当然，要产生正的、负的电荷是需要能量的．此外，我们在上述灰色的真空中取一块面积，迫使它移动到另一地方，因而留下了一块白色的面积．这就引起了应变，或者说是在黑色与白色面积之间有一个位移．这个应变就是电场，有时又被称做位移电场．如果没有外力保持这种正、负电荷别离的状态，那么，由于电场的作用，就会使正、负电荷互相吸引而结合在一起(图1－14)．如果让正负电荷迅速地结合在一起，你可以预料：原有的应变就会消失，一切都将恢复到原有状态——一个普通的灰色真空．但是，如果用迅速的地震破坏方法来释放地球中的应变能量，一切都能恢复到原有状态吗？一切都在恢复，但不会是平静的．地球应变能量的释放，使得地球周围的一切发生颤抖．由于正负电荷别离而产生的应变能量的突然释放，也会使正负电荷周围的灰色区域颤抖，这种颤抖使正负电子对湮灭时伴随有辐射脉冲的发射．显然，从什么也没有的空间中创生两个相反的事物，这种设想不仅在物理学中有，世界上的其他事物中也有．例如，一个新公司可以靠出售股票(或债券)而创立，公司一方面有钱拿去周转，另方面他又对债权人负债．而公司从成立时开始聚集的钱，恰好等于他向债权人负的债．公司所筹集的钱就是资本．所以，资本+债务=0．。

高二物理必修三练习一：单项选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。

在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1．关于磁感应强度B ，下列说法正确的是（）A ．磁感应强度的方向就是置于该点的小磁针S 极的受力方向B ．根据磁感应强度的定义式F B IL=可知，磁感应强度B 与F 成正比，与IL 成反比C ．一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处的磁感应强度一定为零D ．一小段通电导线放在磁感应强度为零处，它所受的磁场力一定为零2．两个正、负点电荷周围电场线分布如图所示，P 、Q 为电场中两点，则（）A ．P 点处电场强度小于Q 点处的电场强度B ．P 点处电势大于Q 点处的电势C ．负电荷在P 的电势能高于在Q 的电势能D ．正电荷由P 运动到Q 电场力做负功3．如图所示，A 是带正电的球，B 为不带电的导体，A 、B 均放在绝缘支架上，M 、N 是导体B 中的两点，以无限远处为电势零点，当导体B 达到静电平衡后，说法正确的是（）A ．M 、N 两点电场强度大小的关系为E M >E NB ．M 端感应出负电荷，N 端感应出正电荷，所以M 、N 两点电势高低的关系为N Mϕϕ>C ．若用导线将M 、N 两端连起来，将发生电荷中和现象D ．感应电荷在M 、N 两点产生的电场强度为MN E E ''>4．如图所示，双量程电流表的内部结构由表头和定值电阻R 1､R 2组成，表头的满偏电流I g =2mA ，内阻R g=100Ω，定值电阻R1=20Ω，R2=30Ω。

则A接线柱对应的量程为（）A．4mA B．6mA C．13mA D．15mA5．范德格拉夫起电机可为加速离子提供高电压，其结构示意图如图所示，大金属球壳由绝缘支柱支持着，球壳内壁接电刷F的左端，当带正电传送带（橡胶布做成）经过电刷F的近旁时，电刷F便将电荷传送给与它相接的导体球壳上，使球壳电势不断升高。

《选修3-1第二章第3节电势差》教学设计一、教材依据：鲁科2003课标版选修3-1第二章第3节电势差二、设计思想：《电势差》这一节的地位具有双重性，首先，它是初高中知识的结合点，是初中所学电压知识的延续和深入；同时，高中知识层面上，本节内容具有承上启下的作用。

本节内容是在学生学习了“电势和电势能”之后，使用类比方法进一步加深对电势知识的学习，并为下一节内容奠定基础。

通过创设学生感兴趣的情境，使学生处于最大限度的主动激发状态，充分展示高一学生所特有的好动性、表现欲，从而有效地发现学生的个性并发展学生的创新能力。

三、教学目标：知识与技能：知道电势差就是电压；会推导电势差与电场力做功的关系，并用该式进行计算；理解电势差正、负值的意义，理解电势差与电势零点的选取无关。

过程与方法：通过类比高度差与电势差，理解电势差与电势零点的选取无关；经历实验和理论双重的科学探究过程，认识电势差的定义；通过数理结合推导电场力做功与电势差的关系，了解数学、类比思想在物理中的应用；情感态度与价值观：通过实际情景培养学生关注物理、关注生活的意识，并且培养学生在生活中应用物理知识的意识；以及培养学生的逻辑思维能力、与合作精神；四、教学重难点：教学重点：电势差的概念；电势差与电场力做功的关系；电势差正、负值的意义；教学难点：电势差概念及与电势零点的选取无关的理解；电势差与电场力做功的关系的推导。

五、教学准备：拍摄好范德格拉夫起电机点亮日光灯的微课、量程为-500μA～500μA的灵敏电流计、等势线描绘仪（其中的底板、电极、导电纸、探针和导线）、学生电源（直流输出6V）、打火机、PPT等六、教学过程：一）创设情境，引入新课【微课演示实验】范德格拉夫起电机能否点亮日光灯导语：同学们，与你们日常学习相伴的日光灯大家最熟悉不过了，我们都知道日光灯通电就可以发光。

有传言说不通电就可以使日光灯发光，你们相信吗？学生：部分相信，部分不相信。

教师：物理是一门实验学科，老师带你们一起去验证一下，让我们拭目以待。