靜電實驗教學大全

2024年4月2日發(作者：萬科老板是誰)

靜電實驗

一、 摩擦起電

1、摩擦起電原理

不同物質的原子核束縛電子的本領不同。 當兩個物體互相摩擦時，束縛

電子的本領弱的物體，容易失去電子，跟它相摩擦的物體得到電子， 物體失去

電子帶正電，得到電子帶負電。

2、摩擦起電條件

（1）相互摩擦的物體是由不同的物質組成的。同種物質的原子核對核外電子的

束縛能力是相同的，不會出現電子的得失，因此不可能起電。 （2）摩擦起電的

兩個物體要與外界絕緣。如果用手拿著金屬棒去摩擦別的物體，金屬棒是不會帶

電的，這是因為金屬、人體、大地都是導體，摩擦過的金屬棒上帶的電通過人體

傳給大地，因此金屬棒不會帶電。 △ 常見物質束縛電子本領由弱到強的次序：

毛皮＜玻璃＜云母＜羊毛＜尼龍＜絲綢＜硬橡膠＜金屬＜松香＜硫。

3、為什么帶電體能吸引輕小物體?

這是因為當帶電體靠近輕小物體時,輕小物體由于靜電感應也帶了電(與帶

電體相反的電荷),所以帶電體能吸引輕小物體.

4、 為什么摩擦起電的筆桿吸起了碎紙屑以后，碎紙屑馬上又掉了？

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這是因為當碎紙屑被帶電的筆桿吸引后,它就帶了與筆桿相同的電荷(這是一種

接觸起電現象),由于同種電荷相互排斥,所以碎紙屑馬上又掉了。

5、為什么冬天梳頭發時頭發會變直，也就是說，為什么頭發遇靜電后會變

直？

帶電體靠近不帶電體時，不帶電體靠近帶電體一側會感應帶上異種電荷，從而與

帶電體相吸。梳頭時，頭發因摩擦而帶上同種電荷從而相互排斥。

6、金屬棒與有機玻璃棒摩擦起電

理論上，任何兩個不同物質的物體相互摩擦，都要發生電荷（電子）的轉移，

在絕緣好的情況下，無論是絕緣體還是導體，都能表現出帶電現象。

取一把長約20厘米、塑料把的螺絲起子與有機玻璃棒摩擦。

7、金屬棒之間摩擦能起電嗎？

不會，因為金屬是良導體，就算你摩擦出電荷，這些電荷也會很快轉移，并

且馬上發生中和反應，所以是不會起電的。

二、靜電計與驗電器

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一、1、構造上的差異

最常用的金箔驗電器，它是檢驗物體是否帶電的最簡單的儀器，在玻璃瓶口處有一橡

膠塞，塞中插一根金屬桿，桿的上端有一金屬球，下端懸掛一對金箔（或鋁箔）。當帶電體

與金屬小球接觸時，箔片因帶同性電荷相排斥而張開。為了避免氣流的影響，金屬棒和箔片

封閉在一個玻璃瓶中，棒與瓶間有絕緣材料相隔。

而靜電計是用靜電方法測量電勢差的儀器。實驗室常用的靜電計是布勞恩靜電計，它的

結構是在一絕緣底座上裝一鼓形鐵殼，鐵殼的前面裝有透明玻璃，后面裝有標有刻度的毛玻

璃，在金屬殼中絕緣地安裝一根金屬桿，桿的上端為金屬小球，金屬桿下部的水平軸上裝有

金屬指針，可繞水平軸靈活轉動。圓筒的底部有接線柱，可用來接地或與其他導體相連。這

樣，靜電計的金屬外殼與內部的金屬桿及金屬指針構成了一個特殊的電容器。

2、工作原理及用途上的差異

（1）驗電器原理及其用途

驗電器的原理：當驗電器指示系統帶電后，由于同種電荷的排斥力使指示器發生偏轉，

它是從力的角度來反映導體帶電的情況。當指示系統具有一定的偏轉角時，其重力矩與靜電

力矩平衡。

驗電器的主要用途：檢驗物體是否帶電，比較帶電的種類以及所帶電荷量的多少等。

（2）靜電計原理及其用途

靜電計的原理是：從上面的構造分析，我們知道靜電計本身其實就是一個電容器。

金屬球、金屬桿、指針相當于電容器的一個電極，金屬外殼也相當于一個電極，它們之間是

絕緣的。其電容的大小由金屬殼的幾何尺寸的大小和金屬桿及指針的長短、位置所決定。因

為指針的偏轉角變化對靜電計的電容的影響很小，故在指針轉動過程中可近似認為靜電計的

電容值不變。

現將一個已充電電量為Q的平板電容器與靜電計相連，此時指針和金屬桿帶正電，外

殼的內表面將出現負的感應電荷，從而在金屬桿與外殼間形成電場，指針表面的電荷受到電

場力的作用，或者說受到來自桿上同種電荷的排斥力及金屬盒內壁的異種電荷的吸引力，使

得指針偏轉，帶電量越多，場強越強，則指針的偏角也越大。

當靜電計電容保持不變時，靜電計兩極間的電勢差U與其帶電量Q成正比，U越大，

Q越大，指針所受電場力越大，指針張角因此就越大。由此可見，指針張角大小能定性地反

映靜電計兩極間的電勢差的大小。

由于靜電計的特殊結構，使得它又具備驗電器不能替代的某些作用。它不但可以定性

測量兩導體的電勢差（這點上面已有，故不重述），還可以定性測量某導體的電勢，甚至還

可以測量直流電路中的電勢差。既然靜電計本身也是一個電容器，那么把靜電計并聯在直流

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電路中電勢差不為零的兩點時，靜電計就會被充電，其指針就應該偏轉。但實際上在一般直

流電路中，由于電壓較小，使靜電計所帶電荷量很小，指針的偏轉角度幾乎覺察不出來。靜

電計上的刻度一般是以靜伏（靜電系單位）為單位的，而1靜伏=300V。故一般的直流電壓

不能使靜電計指針有明顯偏轉。如果把靜電計接在具有幾百、幾千甚至幾萬伏電壓的直流電

路中，靜電計指針就會有明顯偏轉，也就可以用靜電計來測量某兩點間的電壓。例如把靜電

計接在感應圈的副線圈上，指針偏轉角度會忽大忽小，說明感應圈輸出的是不穩定的脈動電

壓。

由上可知，驗電器與靜電計從原理和用途上看都不能說是一回事，它們只是在結構

上相似而已。

二、 尖端放電

通常情況下空氣是不導電的，但是如果電場特別強，空氣分子中的正負電荷

受到方向相反的強電場力，有可能被“撕”開，這個現象叫做空氣的電離。由

于電離后的空氣中有了可以自由移動的電荷，空氣就可以導電了。空氣電離后

產生的負電荷就是電子，失去電子的原子帶正電，叫做正離子。

由于同種電荷相互排斥, 導體上的靜電荷總是分布在表面上，而且一般說

來分布是不均勻的，導體尖端的電荷特別密集, 所以尖端附近空氣中的電場特

別強, 使得空氣中殘存的少量離子加速運動。這些高速運動的離子撞擊空氣分

子，使更多的分子電離。這時空氣成為導體，于是產生了尖端放電現象.

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（1）電風車

（2）風吹蠟燭

（3）避雷針

（4）靜電滾筒

主要部件是一個絕緣塑料筒和兩個電極桿，塑料筒可繞中軸自由轉動，兩個電極桿

安置在滾筒兩邊，且與滾筒中軸平行，每個電極桿上平行排列著一排垂直于電極桿但指向

滾筒切線方向的金屬尖端。

當兩個針形電極桿間加上高壓后，尖端處的電荷面密度最大，尖端附近的電場最強，

強電場使尖端附近空氣中殘存的離子發生加速運動，被加速的離子與空氣分子相碰撞，使

空氣分子電離，產生大量新的離子。與尖端電荷異號的離子受吸引而趨向尖端，最后與尖

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端上電荷中和；與尖端電荷同號的離子受排斥而飛向遠方形成“電風”，即電離的氣體流，

因此尖端放電所產生的帶電粒子流推動滾筒而產生的力矩使滾筒轉動。

四、韋氏起電機

1、結構

(1)帶金屬片圓盤一對

(2)電刷

(3)電梳、放電桿、萊頓瓶

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2、 原理

感應起電

3、極性判斷

極性可隨即變化

五、感應圈的原理

利用電磁感應原理將低壓直流電變成高電壓的裝置。

工作原理，如圖所示。電源接通。電流通過W、P、L1。構成初級線圈L1回

路。此時，鐵芯被磁化，吸引斷續器簧片P，使L1斷路，瞬時無電流通過，鐵

芯失磁，簧片P返回，L1回路再度接通。在這樣的重復過程中，L1中即產生斷

續的電流。

在通、斷的瞬間，由于鐵芯的磁通量隨之變化，L1的自感電動勢會猛增至約

450伏。由于次級線圈L2的線圈匝數為L1的130倍，于是在L2的兩端即感生5

－6萬伏的高壓，而且是顯正負極性的。出現正負極性的原因主要因為斷續器是

一機械開關，通、斷電時間相差較大，在電路接通時，由于初級線圈的自感作用，

電流增加較慢，鐵芯磁通量變化也不快，因而次級線圈感生的電動勢較小。但在

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斷電時，初級電流瞬間消失，鐵芯磁通量變化極快，就產生遠高于通電自感電動

勢的斷電自感電動勢。所以，通、斷電自感電動勢的方向是相反的，因而在次級

兩端感生的電動勢是呈正負極性的脈沖電壓。

六、靜電除塵

1、構造

2、工作原理

氣體電離：在電場作用下，空氣中的中性原子變成正離子和電子。

你說的很

對啊，金屬圓筒與金屬線之間的強電場使空氣分子電離，由于金屬線接負電，所以吸引電離

出來的正離子，同時空氣分子中電離出的電子質量非常小（相比于正離子，電子的質量要小

的多的多），所以電子吸附在塵埃上（類似萬有引力，小質量的被吸引），塵埃上積累一定量

的電子后相當于塵埃本身帶負電，被接正電的金屬圓筒吸引，隨后由于重力作用落入漏斗。

處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，

負離子的定義

空氣負離子又稱負氧離子，是指獲得1個或1個以上的電子帶負電荷的氧氣離子。空

氣主要成分是氮、氧、二氧化碳和水蒸氣。氮占78%，氧占21%，二氧化碳占0.03%，氮對

電子無親和力，只有氧和二氧化碳對電子有親和力，但氧含量是二氧化碳含量的700倍，因

此，空氣中生成的負離子絕大多數是空氣負氧離子。它是空氣中的氧分子結合了自由電子而

形成的。自然界的放電(閃電)現象、光電效應、噴泉、瀑布等都能使周圍空氣電離，形成負

氧離子。負離子具有極佳的凈化除塵，減少二手煙危害、改善預防呼吸道疾病、改善睡眠、

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抗氧化、防衰老、清除體內自由基、降低血液粘稠度的效果，在醫學界享有“維他氧”“空

氣維生素”“長壽素”“ 空氣維他命”等美稱。

氣體電離

氣體受到電場或熱能的作用，就會使中性氣體原子中的電子獲得足夠的能量，以克服

原子核對它的引力而成為自自電子，同時中性的原子或分子由于失去了帶負電荷的電子而變

成帶正電荷的正離子。這種使中性的氣體分子或原子釋放電子形成正離子的過程叫做氣體電

離

空氣是由氧、氮、水蒸氣、二氧化碳等多種氣體組成的氣體混合物，在正常情況下，

氣體分子不帶電（顯中性），但在射線、受熱及強電場的作用下，空氣中的氣體分子會失去

一些電子，即所謂空氣電離，這些失去的電子稱為自由電子，它又會與其它中性分子相結合

而得到電子的氣體分子帶負電，空氣中，多種氣體分子"俘獲"電子的能力有強有弱，其中氧

氣和二氧化碳較強，而氧氣在空氣中占20%多，二氧化碳僅占0.03%。因此空氣電離產生的

自由電子大部分被氧氣獲得。

在太陽紫外線、宇宙射線等的作用下，有些空氣分子因失去電子而帶正電，成為正離子；有些分子獲得電子而帶負電，成為負離子。

空氣中有正離子，也有負離子。

在五十年前，負離子的含量高于正離子的含量。

隨著現代文明的發展，負離子的量越來越少。

環境污染，使得正離子增多，而負離子減少。

現代人的文明病和負離子減少也有最直接的關系。

地面附近空氣受宇宙射線（主要成份為電子和質子）幅射影響，

帶磁性的氧分子容易吸引電子，形成負離子；極性水分子容易

吸引質子，形成正離子。

常溫下 氧氣負離子穩定性差、水正離子穩定性來得高，這使

正電荷總數超過負電荷，使大氣帶正電，這也是大氣電場為什

么總是帶正電的道理。

空氣如果是被人工電離的，那空氣中有多少種成份就有多少種

含有這此元素的正離子，但不可能有負離子，負的只有自由電

子。只要能量足夠強大，可將它們的電子全部打光。

電暈放電：大量離子運動在極附近形成的電流（在極附近呈藍色光環）。

電場擊穿：電離范圍擴大，極間空氣全部電離，形成放電現象。

塵粒荷電：離子運動時與塵粒碰撞，使塵粒荷電。

荷電塵粒在電場作用下，向陽極板運動，并沉積在陽極板上。

處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，利用此原理可以進行靜電除塵．如圖所示，是一個用來研究靜電除塵的實驗裝置，鋁板與手搖起電機的正極相連，縫被針

與手搖起電機的負極相連，在鋁板和縫被針中間放置點燃的蚊香．轉動手搖起電機，蚊香放出的煙霧會被電極吸附，停止轉動手搖起電機，蚊香的煙霧又會裊裊上升．關于這

個現象，下列說法中正確的是（ ）

A．煙塵因為帶正電而被吸附到縫被針上

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B．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越小

C．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越大

D．同一煙塵顆粒在被吸附過程中如果帶電量不變，離鋁板越近則加速度越大

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