高中物理电磁学实验大全

φ。金属小球带同种电荷后，横杆绕O转动θi角，动球处于B位置，静电力F1的力矩和悬
丝的扭转力矩平衡。
F1lcos(θ12+φ) = κθ1
(1)
两球中心的距
r1 = 2lsin(θ12+φ)
(2)
保持两个带电金属小球所带的电量不变，旋转仪器项部的旋钮，扭转悬丝从而改变
动球B的位置，例如，反向转动(图中的顺时针方向)旋钮，转过a角，使得动球转动的角
注意上述公式的推导过程中都是对同一个油滴而言的，因而对同一个油滴，要在实 验中测出一组vg、vE的相应数据。
用上述方法对许多不同的油滴进行测量。结果表明，油滴所带的电量总是某一个最 小固定值的整数倍，这个最小电荷就是电子所带的电量e。
教师操作： (1)将仪器接入220伏交流电源。 (2)高压电源调节置于0位置，旋开油滴室盖子，把水准器放置在上极板面上，利用 调平螺钉将油滴室内的平行板电容器板面调节水平。调节显微镜目镜，使分划板刻线明 显清晰。再把直别针插入上板小孔中，调节光源角度，直到从显微镜中观察直别针周围 光场最明亮、范围最大和光强均匀为止，然后拨出直别针拧上盖子准备喷油。由于本步 骤要调节电容器极板，谨防极板带电。 (3)用喷雾器将油滴喷入油滴室内，从显微镜中观察油滴运动情况。 实验时先找一个合适的油滴(较小的油滴，运动较缓慢，所带电量小于5 个基本电量)，使它自由落下，然后再加上电场使它向上运动(上升太快 或太慢就适当调节电压)。这样在重力和电场力交替作用下，让油滴反复 上升、下落若干次，在整个视场内都可以看得很清楚，否则需要重新选 择。 (4)用停表作记录：记录油滴n次下落一定的距离L(显微镜分划板刻 线的距离)，所经历的总时间tg总，记录油滴n次上升同一距离L，所经历 的总时间tE总(两次记录必须是对同一油滴)，用油滴所通过的总距离nL分 别除以总时间tg总及tE总就得出vg和vE利用公式(4)算出油滴所带的电量q。
F1 F′
=
θ1 θ1-α
(8)
测出θ1和a角，比较FF′1 与电量的变化qq′，可以验证FF′1 ＝qq′
即F∝q1·q2。 教师操作： (1)检查绝缘横杆和竖直支杆是否漏电。将两个金属小球调到刚好接触，再使金属 球带电，由于两球带同种电荷。互相推斥，动球B被推斥开一定的角度，观察动球B相对 于A球转过的角度。如果绝缘杆漏电，这个角度将很快变小，这时需用干燥洁净的餐巾 纸擦净绝缘横杆和竖直支杆，直到两球带电后，动球转过的角度能在一段较长的时间内 保持不变，即基本不漏电。 (2)调整底座支脚，使底座处于水平，调整横杆下的阻尼金属板上的调平衡螺钉， 使横杆处于水平，并能自由转动。 (3)转动仪器顶部的旋钮，使得金属球不带电时，动球B和A球刚好接触。调整刻度 盘的位置，使旋钮指针指示的位置为0°。 (4)将递电小球与感应起电机的放电杆相接触。使之带电，再将它与扭秤的金属小 球接触。将电荷传递给两个金属小球，固定小球A和动球B带同种电荷后，互相推斥，动 球B转过θ1角度后处于静止，记录θ1值。 (5)保持两个带电小球所带的电量不变，旋转仪器顶部的旋钮，如顺时针转过a角， 使动球B转过的角度减为θ′，代入公式(5)中，计算FF12，代入公式(6)中计算rr12，改变旋
度减为θ′，悬丝扭转的角度θi＝θ′＋a。达到平衡时，有：
θ′+φ
F2lcos( 2 ) = κ(θ′+α)
(3)
θ′+φ
R2 = 2lsin( 2 )
(4)
θ′+φ
①／③得：
F1 F2
=
θ′θ+1 α·ccooss((θ122+φ))
(5)
②／④得：
r1 r2
=
sin(θ12+φ) sin(θ′2+φ)
(6)
测出θi，θ′和a角，(φ角由仪器直接给出)，比较FF12与rr12，可以验证
F1 F2
=
(rr21)2
1
即
F ∝ r2。
由于递电小球和两个金属小球的形状和大小完全相同，因此，相互接触时，两球所 带的电量相等。用不带电的递电小球和带电小球相接触，可使带电小球所带电量减半， 使得小球带的电量为q，q2，q4，……。
仑定律，这是由于带电小球相距越远，带电量越少，小球上的电量分布相对来说就越均 匀，更接近于点电荷。对于这一现象的分析可以 使学生进一步明确库仑定律的适用条件。
(4)使两个绝缘导体小球带同种等量电荷的 方法：将两小球接触，用带电起电盘接触其中任 一小球，拿走起电盘，使两小球分开，这两个小 球便带上了同种等量电荷。
差U的大小和方向，使油滴受到电场的作用向上运动，以vE表示上升的速度。当油滴匀
速上升时，可得到如下关系式：
F2+mg=qE+B
(3)
上式中F2为油滴上升速度为vE时空气的粘滞阻力：F2=6πηavE
由(1)、(3)式得到油滴所带电量q为
F1+F2 6πηad
q = E = U (vg+vE)

(4)
(4)式表明，按(2)式求出油滴的半径a后，由测定的油滴不加电场时下降速度vg和 加上电场时油滴匀速上升的速度vE，就可以求出所带的电量q。
(5)按照上述方法选取6～10个不同的油滴进行测量，计算它们各自所带的电量。 3、库仑定律(1) 实验仪器：铁架台、轻导体小球A和B、绝缘的导体球C(球A、B和C的大小和形状都 相同)、镜尺(或透明标尺)、丝线(1米左右)、米尺、静电感应起电机、废唱片或塑料板、 学生天平(J0104型) 轻导体小球：将乒乓球用细砂纸磨薄，其上涂一层碳素墨水，即成一个轻的导体小 球。也可将磨薄的乒乓球涂上乳胶再粘细铜粉，待胶干后细心地将球面抛光，可以得到 貌似铜质的导体小球，其质量仅1克左右(可以由物理天平称出)。 实验原理：带电体之间的作用力决定于它们之间的距离和它们所带的电量。本实验 是通过共点力平衡的方法来测量带电体之间的作用力的。 将一个带电小球A用细丝线悬挂，并将另一与小球A带同种电荷的带电球B与它靠近， 且受B的静电斥力作用而发生偏移，如图所示；测量A球的质量m，测量悬点到A球球心的
的浮力和粘滞阻力平衡时，它便作匀速下降，它们之间的关系是：
mg=F1+B
(1)
式中：mg──油滴受的重力，F1──空气的粘滞阻力，B──空气的浮力。
令σ、ρ分别表示油滴和空气的密度；a为油滴的半径；η为空气的粘滞系数；vg
为油滴匀速下降速度。因此油滴受的重力为mg=43πa3σg，空气的浮力B=43πa3ρg，空气
1 (1)在完成F－r2图象时，可以发现第二次测量所得数据偏离直线较多，其原因是由
于开始时带电小球带电量较多，其电势高，容易漏电所致，所以误差较大。 mgd
(2)分析表的数据时应注意，由公式F＝ L 计算出的静电力越来越小于理论值(与两
电荷电量的乘积比较)，这是由于带电小球不断漏电的原因。 (3)从实验结果可以发现，两带电小球相距越远，带电量越小，测量结果越符合库
绝缘横杆和竖立支杆，调整绝缘横杆的水平，使金属小球带
电等。仪器的底座上装有三个螺旋支脚，旋转支脚，可调底
座水平。
实验原理：
本实验利用悬丝的扭转力矩与静电力力矩相平衡的办法比较电场力的大小。如图所
示，半横杆长为L，O为中心，A为固定小球，B为动球，A、B同在以O为圆心，L为半径的
圆弧上。金属小球不带电时，A和B球刚好接触。横杆上的动球处于B′位置，∠AOB′＝
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电场
1 库仑定律 电场强度 1、两种电荷间相互作用 实验仪器：有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒(2支) 教师操作：用橡胶棒与毛皮摩擦后，放于碎纸片附近观察橡胶棒吸引碎纸片情况。 实验现象：被橡胶棒吸起的纸片中，较大的纸片先落下来。 实验结论：橡胶棒与丝绸摩擦后就带电了，带电物体会吸引轻小物体；带电体在空 气中不断放电，使它带电量不断减少，因而吸引轻小物体的力也相应减小，所以较大纸 片先落下来。 教师操作：将橡胶棒摩擦过的毛皮靠近碎纸片。 实验现象：毛皮带上正电，也会吸引轻小物体。 教师操作：用云台支起一根橡胶棒，再将它与另一根橡胶棒并在一起，用毛皮摩擦 它们的一端，使之带上同种电荷，再观察两端相互作用的情况，发现它们相斥，而且它 们的距离越小斥力越大，过一会儿，它们间的作用力会明显减弱。 实验结论：它们带上了同种电荷，而电荷间作用的规律是同种电荷相斥，异种电荷 相吸，斥力的大小与电荷间的距离有关，距离越小，斥力越大，反之，距离越大，斥力 越小；斥力的大小还与电量有关，电量越大，斥力越大；由于放电的原因，棒上的电量 不断减小，而斥力也随时间的增大而明显减小。 2、电荷量及元电荷 实验仪器：密立根油滴仪 (J2438)、猴头喷雾器、停表、钟表 油 密立根油滴仪：它的外形结构如 图所示，这是一种专为中学设计的仪 器。它主要由电源、观察显微镜、油 滴室、照明系统等组成。仪器电源在 底座内，它将交流220伏输入电压变 为直流500伏和交流7伏；观察显微镜 带有刻度分划板，便于读出油滴运动 的距离，配合计时停表，可测定油滴 运动速度，利用齿轮、齿条的调焦， 能清晰观察油滴。油滴室内是两块水 平放置的平行金属板组成的电容器， 电容器上的直流电压在0～500伏内连续可调，平行极板的极性由三挡换向电键转换，电 压大小由直流电压表指示，改变电压的大小和方向可以控制油滴在电场中运动的快慢和 方向；照明系统采用6～8伏，3瓦灯泡为光源，发热量小，发出的光经聚光镜将平行极 板内的油滴照亮，它可绕转臂旋转，便于调节视场照度。 实验目的：学习密立根油滴实验方法，通过对不同油滴所带电量的测量，总结出油 滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍，从而得出存在着基本电荷的结论。通过 实验认识电子的存在，认识电荷的不连续性。 实验原理：用喷雾器将油滴喷入电容器两块水平的平行电极板之间时，油滴经喷射 后，一般都是带电的。在不加电场的情况下，小油滴受重力作用而降落，当重力与空气
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目
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