1、昌吉學(xué)院 論文（設(shè)計(jì)）分類號(hào)：o441.5本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 密 級(jí)：無影響摩擦起電實(shí)驗(yàn)帶電量因素的研究系 院 物 理 系 學(xué)科門類 理 學(xué) 專 業(yè) 物 理 學(xué) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 教師職稱 2014年3月25日畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果或作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 年 月 日畢業(yè)論文版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文作者完全了解學(xué)院有關(guān)保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)院保留并向有關(guān)畢業(yè)論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的

2、復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)本學(xué)院及以上級(jí)別優(yōu)秀畢業(yè)論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫以資檢索，可以采用復(fù)印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。聲明人簽名： 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 年 月 日摘 要靜電學(xué)是電學(xué)教學(xué)的開始，許多電學(xué)的基本概念要從靜電開始建立，而摩擦起電也是學(xué)生對(duì)電學(xué)最初的認(rèn)識(shí)。多年來，摩擦起電實(shí)驗(yàn)都是比較沒把握完成的，因?yàn)榇藢?shí)驗(yàn)存在很多因素影響實(shí)驗(yàn)的效果。其影響因素除了有已經(jīng)得到研究證實(shí)的空氣濕度、材料的選擇、材料的干燥程度以及是否存在附加電場等客觀因素外，還有一些未經(jīng)證實(shí)的主觀人為因素，比如摩擦的力度、方向、速度、時(shí)間以及接觸面積

3、。而本選題對(duì)客觀因素作出了簡單的理論分析，并運(yùn)用控制變量法，將絲綢與玻璃棒、毛皮與橡膠棒進(jìn)行摩擦，通過比較箔片驗(yàn)電器金屬箔張角的大小，結(jié)合理論分析，對(duì)影響摩擦起電實(shí)驗(yàn)帶電量的因素進(jìn)行探究，并著重通過實(shí)驗(yàn)分析主觀人為因素對(duì)該實(shí)驗(yàn)的影響程度，對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行更深一步的改進(jìn)，提出實(shí)驗(yàn)建議，完善實(shí)驗(yàn)效果。關(guān)鍵詞：摩擦起電實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；影響因素目 錄摘 要i引 言11 摩擦起電實(shí)驗(yàn)簡介21.1 摩擦起電的概念21.2 摩擦起電實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象的分析21.3 摩擦起電實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)32 影響摩擦起電實(shí)驗(yàn)帶電量客觀因素的理論依據(jù)42.1 空氣濕度42.2 材料的選擇42.3 材料的干燥程度42.4 是否有附加

4、電場43 對(duì)影響摩擦起電實(shí)驗(yàn)帶電量主觀因素的探究43.1 理論猜想43.1.1摩擦力度43.1.2摩擦方向53.1.3摩擦速度53.1.4摩擦?xí)r間53.1.5摩擦面積53.2 實(shí)驗(yàn)探究53.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3.2.2實(shí)驗(yàn)器材及使用簡介53.2.3實(shí)驗(yàn)原理及方法63.2.4實(shí)驗(yàn)步驟及要求63.2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理及分析7結(jié) 論9結(jié) 束 語10參考文獻(xiàn)11附錄一12致 謝13引 言眾所周知,毛皮摩擦過的橡膠棒及絲綢摩擦過的玻璃棒都能吸引碎紙屑、頭發(fā)絲等輕小物體,這就是摩擦起電現(xiàn)象。也就是說當(dāng)兩種不同材料的物質(zhì)相互摩擦后,每一物質(zhì)都會(huì)有一定數(shù)量的電子脫離原子核的束縛轉(zhuǎn)移到另一物體上,只是其數(shù)量不同。所

5、以從整體上講,一個(gè)物體失去電子,另一物體則得到了電子，這就是摩擦起電的物理實(shí)質(zhì)。而影響摩擦起電實(shí)驗(yàn)帶電量的因素則分為主觀和客觀兩種，不少中學(xué)物理教師通過多年的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了影響該實(shí)驗(yàn)的客觀因素有空氣濕度、材料的干燥程度、材料的選擇以及是否有附加電場等，而其理論依據(jù)還需要進(jìn)一步的探究；然而主觀因素也可以看為是人為因素，比如摩擦的力度、摩擦的方向、摩擦的速度、摩擦的時(shí)間、摩擦的接觸面積等，這些因素雖然有人提出了猜想，卻并沒有一套成形的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，這也是值得進(jìn)一步去探究的。因此，本論文將對(duì)影響摩擦起電實(shí)驗(yàn)帶電量的客觀因素進(jìn)行理論依據(jù)探究，同時(shí)通過改變?nèi)藶橐蛩刂貙?duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究與理論分析，得出摩擦

6、起電實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施。1 摩擦起電實(shí)驗(yàn)簡介1.1 摩擦起電的概念用摩擦的方法使兩個(gè)不同物體帶電，具有吸引輕小物質(zhì)的性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做摩擦起電。1.2 摩擦起電實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象的分析中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，絲綢摩擦過的玻璃棒或者毛皮摩擦過的橡膠棒可以吸引碎紙屑、頭發(fā)等輕小物質(zhì)，在接觸驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，金屬箔張開，驗(yàn)證其帶電，這就是摩擦起電實(shí)驗(yàn)。摩擦起電后的物體,所帶電荷的分布與帶電體的形狀及大小有關(guān),它在空間產(chǎn)生的電場也不規(guī)則,但其電場強(qiáng)度e與距帶電體的距離平方成反比,是一非勻強(qiáng)電場。碎紙屑、羽毛、頭發(fā)絲等輕小物體,實(shí)際上都是電介質(zhì)。電介質(zhì)在外電場作用下將發(fā)生極化現(xiàn)象,極化后的輕微物體都相當(dāng)于一個(gè)電偶極子,而電

7、偶極子在外電場作用下要受到力和力矩的作用,從而使其發(fā)生平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),最后電偶極子將沿外電場的方向排列。電偶極子在摩擦起電引起的電場中將如何運(yùn)動(dòng)呢?電偶極子電偶極子模型是指電量為 q、相距為 l 的一對(duì)正負(fù)點(diǎn)電荷組成的系統(tǒng)。電偶極子的特征是采用一個(gè)矢量 p 來描述的,其大小等于乘積 ql ,方向由-q 指向+q ,稱為電偶極子的電偶極矩。電偶極矩是電偶極子在單位外電場下可能受到的最大力矩,故簡稱電矩,即 p=ql 。電偶極子在外電場中受力矩作用而旋轉(zhuǎn),使其電偶極矩轉(zhuǎn)向外電場方向。如果外電場不均勻,除受力矩外,電偶極子還要受力而發(fā)生平移。電偶極子在外電場中所具有的電勢能如圖所示,設(shè)電偶極子的正、負(fù)電

8、荷所處的電位分別為v+ 和v- ,則它的正、負(fù)電荷在外電場中的電勢能分別為: a+=qv+ a-=qv-那么,電偶極子在外電場中的電勢能: a=a+a-=qv+-v-=-q-+edr因?yàn)殡娕紭O子的 l 很小, e 在此范圍內(nèi)的變化不大,故上式中的:-+edr=ela=-qel=-pe這里的矢量p=ql,就是前面我們提到電偶極矩,其方向由-q 指向+q 電偶極子的受力分析當(dāng)電偶極子在外電場作用下發(fā)生位移 dr 時(shí),外電場所做的功:dw=fdr 因電場力所做的功等于電勢能的減小,fdr=d(pe)對(duì)于確定的電偶極子而言,電偶極矩p=ql一定,因此對(duì)應(yīng)于變量dr 的dpe=pde,fdr=pde令

9、r 的正向沿 e 的方向(如圖所示)由上式知:當(dāng)pde0,即 p 的方向與場強(qiáng)絕對(duì)值增加的方向一致時(shí), fdr0,說明 f 與 r 同向。因 r 與 p 同向,所到 f 指向場強(qiáng)絕對(duì)值增加的方向。當(dāng)pde0,即 p 的方向與場強(qiáng)絕對(duì)值增加的方向相反時(shí), fdrf2 , 12 b.改變摩擦方向，同向摩擦1，來回摩擦3，13 c.改變摩擦速度，v1v4 , 14 d.改變摩擦次數(shù), n1n5 , 1s6 , 16實(shí)驗(yàn)結(jié)論：(1)摩擦力度越大，物體帶電量越多。(2)摩擦方向?yàn)橥颍矬w帶電量越多。(3)摩擦速度越快，物體帶電量越多。(4)摩擦?xí)r間越長，物體帶電量越多。(5)摩擦接觸面積越大，物體帶電

10、量越多。結(jié) 論 通過對(duì)客觀因素的理論分析以及對(duì)主觀因素的實(shí)驗(yàn)探究和理論分析可以知道，影響摩擦起電實(shí)驗(yàn)帶電量的因素有：空氣濕度、材料的選擇、材料的干燥程度、是否存在附加電場、摩擦的力度、摩擦的方向、摩擦的速度、摩擦的時(shí)間、摩擦的面積。而在這些因素中主要因素是4個(gè)客觀因素，這4個(gè)因素直接影響實(shí)驗(yàn)是否能夠成功進(jìn)行，而如何摩擦，也就是其他5個(gè)主觀因素僅僅是影響實(shí)驗(yàn)的效果是否明顯。也就是說客觀因素主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)成功率，主觀因素決定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法。歸根結(jié)底，無論如何摩擦，只要保證電荷有效地保存且轉(zhuǎn)移，物質(zhì)的帶電量就會(huì)越大。因此在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中需注意的以下幾點(diǎn)：(1)盡可能選擇絕緣性強(qiáng)的物質(zhì)，并不建議使用傳統(tǒng)毛皮

11、橡膠棒及絲綢玻璃棒，可使用生活中常見的如將塑料飯勺插入少量大米中進(jìn)行摩擦，飯勺瞬間吸附大量大米。(2)如用傳統(tǒng)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則盡量選擇晴天且對(duì)材料進(jìn)行檢查，保持其干燥。摩擦?xí)r握緊玻璃棒（橡膠棒），快速的同向摩擦，次數(shù)不要太多。(3)驗(yàn)電器要干燥，防止由于受潮而使轉(zhuǎn)移到金屬箔上的電荷不能保存。(4)用帶電的玻璃棒（橡膠棒）帶電部分接觸驗(yàn)電器金屬球時(shí)，不要一碰即離，要轉(zhuǎn)動(dòng)并抽拉，使之有較多的電荷傳給驗(yàn)電器，使金屬箔上帶電的電荷量之間排斥力能夠克服箔片重力。結(jié) 束 語 本文通過理論分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)影響摩擦起電實(shí)驗(yàn)帶電量的因素進(jìn)行了研究，從而具體的得出了實(shí)驗(yàn)過程中的主觀人為因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響程度。最

12、終得出了一套具體的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，進(jìn)而能更好的完成中學(xué)課程中的演示實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，因?yàn)閭€(gè)人能力有限，實(shí)驗(yàn)構(gòu)想并不完善，同時(shí)也不具備嚴(yán)密精確的實(shí)驗(yàn)儀器，扼殺了最初制造并使用閃光式摩擦起電驗(yàn)電球（附錄一）的構(gòu)想，而這也是本文未對(duì)客觀因素進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)研究的根本原因。但這并不影響本人在今后工作與學(xué)習(xí)中對(duì)本論題繼續(xù)探究的熱情，進(jìn)而彌補(bǔ)本文未能完成的缺憾。另外，在探究過程中，也發(fā)現(xiàn)了本文的很多不足，箔片驗(yàn)電器存在相應(yīng)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致本論題的延續(xù)受到阻礙，并不能進(jìn)行更深的探究。而這也更加堅(jiān)定了我對(duì)閃光式摩擦起電驗(yàn)電球的研究方向，希望能夠通過閃光式驗(yàn)電球的發(fā)光強(qiáng)度，運(yùn)用光強(qiáng)感應(yīng)器繪出影響因素對(duì)帶電量影響的曲線分析圖

13、，更加具體、精確的進(jìn)行定量研究，而最迫切的就是對(duì)本文涉及的客觀因素進(jìn)行定量研究。參考文獻(xiàn)1 營義夫(日).靜電手冊m.北京:科學(xué)出版社,1953:51-79,337,338.2 宋德生、李國棟.電磁學(xué)發(fā)展史m.南寧:廣西人民出版社,1987:30.3 方俊鑫、殷之文.電介質(zhì)物理學(xué)m.北京:科學(xué)出版社,1989:120-122.4 許國梁.中學(xué)物理教學(xué)法m.第2版.北京:高等教育出版社,1993:119.5 黃鐵華.摩擦起電實(shí)驗(yàn)的思考與設(shè)計(jì)j. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，1995，9：32.6 潘澤君、劉淑華. 閃光式摩擦起電驗(yàn)電球j. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，1997，7-8：68.7 楊鳳梅. 論摩擦起電的成

14、因j. 聊城師院學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，1997，l0（1）：44-47.8 張占林.摩擦起電的條件是什么j，物理教學(xué)探討（中學(xué)生版）初三卷，2000,3:6-7.9 譚紅艷.摩擦起電一課教學(xué)體會(huì)j.小學(xué)自然教學(xué),2001,9:23-24.10 蘇真、趙文井、曹雪歡、蘇樹龍. 摩擦起電系列演示器j. 教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2007，23（9）：45-46.11 楊兆剛.大學(xué)生對(duì)摩擦起電理解的研究j.菏澤學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，32（2）：126-130.12 侯兆軍.潮濕條件下“摩擦起電”教學(xué)的一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)j.廣東教育，2012，11：41-42.13 梁成升.“摩擦起電”現(xiàn)象的分析j.技術(shù)物理教學(xué)，17（1）

15、：31-32.14 戴念祖. 摩擦起電的古代史j. 中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所.15 沈鑒泉. 就地取材做摩擦起電實(shí)驗(yàn)j. 江蘇省宿遷市教師進(jìn)修學(xué)校.附錄一（1）制作方法如圖所示,圖一(1)中c為氖管,d為銅片,f為短粗銅線,g為小銅球,b為鉛帽(用牙膏嘴制成),e為絕緣帽(用牙膏蓋制成),圖中dfcbg是焊接在一起的。圖一(2)中a為乒乓球,在乒乓球球徑端與其中間共開有3個(gè)小孔a,b,c,把墨汁從圓孔倒入乒乓球內(nèi)部,使其內(nèi)部涂黑。形成小暗室。把圖一(1)裝置裝入圖一(2)乒乓球內(nèi),裝置按ehdfcbfg的順序裝入,h為彈簧,見圖一(3)所示。（2）使用方法把閃光式摩擦起電驗(yàn)電球的金屬球與用絲綢摩擦過的玻璃棒,或與用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸,從小孔b處觀察,可看到氖管內(nèi)閃閃發(fā)光,從而演示出摩擦起電時(shí)的帶電現(xiàn)象。致 謝在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師宋藝華老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過程中，宋老師傾注了大量的心