同離子效應實驗裝置

㈠ 科學博覽館里經常展出的靜電球，人一摸就變爆炸頭的那個，到底是通過什麼方式是那個大球球帶上電的，

那個靜電球應該叫做范德格拉夫起電機，又稱范德格拉夫加速器，是一種用來產生靜電高壓的裝置。范德格拉夫起電機通過傳送帶將產生的靜電荷傳送到中空的金屬球表面。范德格拉夫起電機非常易於獲得非常高的電壓，現代的范德格拉夫起電機電勢可達500萬伏特。

我們可以站在絕緣的椅子上，用手按著起電機的球形金屬罩。由於人的身體也可導電，所以當起電機啟動時，電荷便傳到我們的身體上。而因為頭發上的電荷互相排斥，頭發便豎立起來。

結構如圖，空心金屬圓球A放在絕緣圓柱 C 上，圓柱內B為由電動機帶動上下運動的絲帶（絕緣傳送帶），金屬針尖 E 與數萬伏的直流電源相接，電源另一端接地，由於針尖的放電作用，電荷將不斷地被噴送到傳送帶B上。另一金屬針尖F與導體球 A 的內表面相聯。

當帶電的傳送帶轉動到針尖 F 附近時，由於靜電感應和電暈放電作用，傳送帶上的電荷轉移到針尖 F 上，進而移至導體球A的外表面，使導體球A帶電。隨著傳送帶不斷運轉，A球上的電量越來越多，電勢也不斷增加。通常半徑為1米的金屬球可產生約 1 兆伏（對地）的高電壓。

為了減少大氣中的漏電，提高電壓，減小體積，可將整個裝置放在充有10～20個大氣壓的氮氣的鋼罐之中。

產生正極性電的范德格拉夫起電機可用作正離子的加速電源，產生負極性電的則可用於高穿透性的 X 射線發生器中。

(1)同離子效應實驗裝置擴展閱讀：

范德格拉夫起電機球形罩上的電荷能產生超過一千萬伏特的電壓。在核物理實驗中，如此高的電壓可用來加速各種帶電粒子，如質子、電子等。此外，這種起電機也可用來演示很多有趣的靜電現象，如使頭發豎立起來、吸引發泡膠球、產生電火花、用電風使風車旋轉等。

在日常生活中有很多靜電的應用，像復印機、靜電除塵器、靜電噴漆。此外，認識靜電使我們避免它可帶來的危險，例如在運載易燃物品的車輛尾端繫上接地鐵鏈，把電荷傳到地面，以免電火花引致火災。同一道理，醫院的手術室里，因為時常應用氧氣和易燃的麻醉葯物，所以地板通常是抗靜電的，而所有機器亦需接地，以免火花引發爆炸。

㈡ 誰幫忙發一個簡單實驗的介紹500字左右

多普勒效應綜合實驗

當波源和接收器之間有相對運動時，接收器接收到的波的頻率與波源發出的頻率不同的現象稱為多普勒效應。多普勒效應在科學研究，工程技術，交通管理，醫療診斷等各方面都有十分廣泛的應用。例如：原子，分子和離子由於熱運動使其發射和吸收的光譜線變寬，稱為多普勒增寬，在天體物理和受控熱核聚變實驗裝置中，光譜線的多普勒增寬已成為一種分析恆星大氣及等離子體物理狀態的重要測量和診斷手段。基於多普勒效應原理的雷達系統已廣泛應用於導彈，衛星，車輛等運動目標速度的監測。在醫學上利用超聲波的多普勒效應來檢測人體內臟的活動情況，血液的流速等。電磁波（光波）與聲波（超聲波）的多普勒效應原理是一致的。本實驗即可研究超聲波的多普勒效應，又可利用多普勒效應將超聲探頭作為運動感測器，研究物體的運動狀態。
實驗目的：
測量超聲接收器運動速度與接收頻率之間的關系，驗證多普勒效應，並由f-V關系直線的斜率求聲速。
利用多普勒效應測量物體運動過程中多個時間點的速度，由顯示屏顯示V-t關系圖，或調閱有關測量數據，即可得出物體在運動過程中的速度變化情況，可研究：
勻加速直線運動，測量力、質量與加速度之間的關系，驗證牛頓第二定律。
自由落體運動，並由V-t關系直線的斜率求重力加速度。
簡諧振動，可測量簡諧振動的周期等參數，並於理論值比較。
其它變速直線運動。

實驗儀器：
多普勒效應綜合實驗儀。

實驗原理：
根據聲波的多普勒效應公式，當聲源與接收器之間有相對運動時，接收器接收到的頻率f為：
（1）
式中f0為聲源發射頻率，u為聲速，V1為接收器運動速率，α1為聲源與接收器連線與接收器運動方向之間的夾角，V2為聲源運動速率，α2為聲源與接收器連線與聲源運動方向之間的夾角。
若聲源保持不動，運動物體上的接收器沿聲源與接收器連線方向以速度V運動，則從（1）式可得接收器接收到的頻率應為：
（2）
當接收器向著聲源運動時，V取正，反之取負。
若f0保持不變，以光電門測量物體的運動速度，並由儀器對接收器接收到的頻率自動計數，根據（2）式，作f-V關系圖可直觀驗證多普勒效應，且由實驗點作直線，其斜率應為，由此可計算出聲速。
由（2）式可解出：
（3）
若已知聲速u及聲源頻率f0，通過設置使儀器以某種時間間隔對接收器接收到的頻率f采樣計數，由微處理器按（3）式計算出接收器運動速度，由顯示屏顯示V-t關系圖，或調閱有關測量數據，即可得出物體在運動過程中的速度變化情況，進而對物體運動狀況及規律進行研究。

儀器介紹：
整套儀器由實驗儀，超聲發射/接收器，導軌，運動小車，支架，光電門，電磁鐵，彈簧，滑輪，砝碼等組成。實驗儀內置微處理器，帶有液晶顯示屏，圖1為實驗儀的面板圖。

實驗儀採用菜單式操作，顯示屏顯示菜單及操作提示，由鍵選擇菜單或修改參數，按確認鍵後儀器執行。操作者只須按提示即可完成操作，學生可把時間和精力用於物理概念和研究對象，不必花大量時間熟悉特定的儀器使用，提高了課時利用率。

驗證多普勒效應時，儀器的安裝如圖2所示。導軌長1.2m，兩側有安裝槽，所有需固定的附件均安裝在導軌上。
測量時先設置測量次數（選擇范圍5~10），然後使運動小車以不同速度通過光電門（即可用砝碼牽引，也可用手推動），儀器自動記錄小車通過光電門時的平均運動速度及與之對應的平均接收頻率，完成測量次數後，儀器自動存儲數據，根據測量數據作f-V圖，並顯示測量數據。
作小車水平方向的變速運動測量時，儀器的安裝類似圖2，只是此時光電門不起作用。
測量前設置采樣次數（選擇范圍8~150）及采樣間隔（選擇范圍50~100ms），經確認後儀器按設置自動測量，並將測量到的頻率轉換為速度。完成測量後儀器根據測量數據自動作V-t圖，也可顯示f-t圖，測量數據，或存儲實驗數據與曲線供後續研究。圖3表示了采樣數60，采樣間隔80ms時，對用兩根彈簧拉著的小車（小車及支架上留有彈簧掛鉤孔）所做水平阻尼振動的1次測量及顯示實例。

為避免摩擦力對測量結果的影響，也可將導軌豎直放置，讓垂直運動部件上下運動。在底座上裝有超聲發射器，在垂直運動部件上裝有超聲接收器作垂直運動測量，實驗時隨測量目的不同而需改變少量部件的安裝位置，具體可見下節描述及圖4，圖5。

實驗內容及步驟：
實驗儀的預調節
實驗儀開機後，首先要求輸入室溫，這是因為計算物體運動速度時要代入聲速，而聲速是溫度的函數。
第2個界面要求對超聲發生器的驅動頻率進行調諧。調諧時將所用的發射器與接收器接入實驗儀，2者相向放置，用鍵調節發生器驅動頻率，並以接收器寫諧振電流達到最大作為諧振的數據。在超聲應用中，需要將發生器與接收器的頻率匹配，並將驅動頻率調到諧振頻率，才能有效地發射與接收超聲波。
驗證多普勒效應並由測量數據計算聲速
將水平運動超聲發射/接收器及光電門、電磁鐵按實驗儀上的標示接入實驗儀。調諧後，在實驗儀的工作模式選擇界面中選擇「多普勒效應驗證實驗」，按確認鍵後進入測量界面。用鍵輸入測量次數6，用鍵選擇「開始測試」，再次按確認鍵使電磁鐵釋放，光電門與接收器處於工作準備狀態。
將儀器按圖2安置好，當光電門處於工作準備狀態而小車以不同速度通過光電門後，顯示屏會顯示小車通過光電門時的平均速度與此時接收器接收到的平均頻率，並可用鍵選擇是否記錄此次數據，按確認鍵後即可進入下一測試。
完成測量次數後，顯示屏會顯示f-V關系1組測量數據，若測量點成直線，符號（2）式描述的規律，即直觀驗證了多普勒效應。用鍵翻閱數據並記入表1中，用作圖法或線性回歸法計算f-V關系直線的斜率k，由k計算聲速u並與聲速的理論值比較，聲速理論值由（米/秒）計算，t表示室溫。

研究勻變速直線運動，驗證牛頓第二運動定律
實驗時儀器的安裝如圖4所示，質量為M的垂直運動部件與質量m的砝碼托及砝碼懸掛於滑輪的兩端，測量前砝碼托吸在電磁鐵上，測量時電磁鐵釋放砝碼，系統在外力作用下加速運動。運動系統的總質量為M+m，所受合外力（M+m）g（滑輪轉動慣量與摩擦力忽略不計）。
根據牛頓第二定律，系統的加速度應為：
（4）
用天平稱量垂直運動部件，砝碼托及砝碼質量，每次取不同質量的砝碼放於砝碼拖上，記錄每次實驗對應的m。
將垂直運動發射/接收器接入實驗儀，在實驗儀的工作模式選擇界面上選擇「頻率調諧」調諧垂直運動發射/接收器的諧振頻率，完成後回到工作模式選擇界面，選擇「變速運動測量實驗」確認後進入測量設置界面。設置采樣點總數8，采樣步距50ms，用鍵選擇「開始測試」，按確認鍵使電磁鐵釋放砝碼托，同時實驗儀按設置的參數自動采樣。
采樣結束後會以類似圖3的界面顯示V-t直線，用鍵選擇「數據」，將顯示的采樣次數及相應速度記入表2中（為避免電磁鐵剩磁的影響，第1組數據不記。tn為采樣次數與采樣步距的乘積。）由記錄的t，V數據求的V-t直線的斜率即為此次實驗的加速度a。
在結果顯示界面中用鍵選擇返回，確認後重新回到測量設置界面。改變砝碼質量，按以上程序進行新的測量。
將表2得出的加速度a作縱軸，(M-m)/(M+m)作橫軸作圖，若為線性關系，符合（4）式描述的規律，即驗證了牛頓第二定律，且直線的斜率應為重力加速度。

研究自由落體運動，求自由落體加速度
實驗時儀器的安裝如圖5所示，將電磁鐵移到導軌的上方，測量前垂直運動部件吸在電磁鐵上，測量時垂直運動部件自由下落1段距離後被細線拉住。
在實驗儀的工作模式選擇界面中選擇「變速運動測量實驗」，設置采樣點總數8，采樣步驟50ms。選擇「開始測試」，按確認鍵後電磁鐵釋放，接收器自由下落，實驗儀按設置的參數自動采樣。將測量數據記入表3中，由測量數據求得V-t直線的斜率即為重力加速度g。
為減小偶然誤差，可作多次測量，將測量的平均值作為測量值，並將測量值與理論值比較，求百分誤差。

研究簡諧振動
當質量為m的物體受到大小與位移成正比，而方向指向平衡位置的力的作用時，若以物體的運動方向為x軸，其運動方程為：
（5）
由（5）式描述的運動稱為簡諧振動，當初始條件為t=0時，，，則方程（5）的解為：
（6）
將（6）式對時間求導，可得速度方程：
（7）
由（6）（7）式可見物體作簡諧振動時，位移和速度都隨時間周期變化，式中，為振動的角頻率。
測量時儀器的安裝類似於圖5，將彈簧通過1段細線懸掛於電磁鐵上方的掛鉤孔中，垂直運動超聲接收器的尾翼懸掛在彈簧上，若忽略空氣阻力，根據胡克定律，作用力與位移成正比，懸掛在彈簧上的物體應作簡諧振動，而（5）式中的k為彈簧的倔強系數。
實驗時先稱量垂直運動超聲接收器的質量M，測量接收器懸掛上之後彈簧的伸長量，記入表4中，就可計算k及。
測量簡諧振動時設置采樣點總數150，采樣步距100ms。
選擇「開始測試」，將接收器從平衡位置下拉約20cm，鬆手讓接收器自由振盪，同時按確認鍵，讓實驗儀按設置的參數自動采樣，采樣結束後會顯示如（7）式描述的速度隨時間變化關系。查閱數據，記錄第1次速度達到最大時的采樣次數N1MAX和第11次速度達到最大時的采樣次數N1MAX，就可計算實際測量的運動周期T及角頻率ω，並可計算ω0與ω的百分誤差。

其它變速運動的測量
以上介紹了部分實驗內容的測量方法和步驟，這些內容的測量結果可與理論比較，便於得出明確的結論，適合學生基礎實驗，也便於使用者對儀器的使用及性能有所了解。若讓學生根據原理自行設計實驗方案，也可用作綜合實驗。
與傳統物理實驗用光電門測量物體運動速度相比，用本儀器測量物體的運動具有更多的設置靈活性，測量快捷，即可根據顯示的V-t圖一目瞭然的定性了解所研究的運動的特徵，又可查閱測量數據作進一步的定量分析。特別適合用於綜合實驗，讓學生自主的對一些復雜的運動進行研究，對理論上難於定量的因素進行分析，並得出自己的結論（如研究摩擦力與運動速度的關系，或與摩擦介質的關系）。