避雷针的发明与发展

 历史上关于避雷针的发明,有一段广为人知的故事。1752年,46岁的美国科学家富兰克林用绸子做了一个风筝,并在一个风雨交加的天气里用麻线把风筝放上天空,麻线下端系了一把金属钥匙,当雨水把麻线浇湿以后就变成了导电体。这时,他把手靠近钥匙,突然看到电火花在钥匙和手指之间跳过,同时,手指感到一阵刺痛。这个实验证明了天空中打雷实际上就是一种大规模的放电现象。由此,使富兰克林想到,如果在高大的建筑物上装一根金属导线,导线下端接地,根据尖端放电的原理,就可避免建筑物遭到雷击的危险。这就导致了避雷针的发明。     

避雷针保护范围的模拟试验理论与争议

叙述了避雷针保护范围研究的历史进程、模拟试验理论与争议，提出了对避雷针保护范围规定的看法．     

风筝实验·雷电现象·避雷针

 一、放电现象--类比猜测1743年～1744年间,美国物理学家富兰克林在费城和波士顿看到了来自苏格兰的斯宾塞(A.Spence)博士利用玻璃管和莱顿瓶所做的简单的电学实验时,心里激起了强烈的探求欲望。他买下了全部展品,开始研究电学问题,一位他在伦敦英国皇家学会结识的朋友柯林森(PeterCollinson)得知此事后,给富兰克林寄来了一批电学著作、莱顿瓶和一些摩擦起电的设备,并在信中介绍了使用方法。     

富兰克林电动机工作原理探究

前不久，我在物理自主实验室中看到一个有趣的实验介绍，它名叫“富兰克林电动机”．据介绍，这是一个由于尖端放电而产生的力学效应的实验．也就是说这个装置可以把电能直接转化成机械能．在此之前，我只知道电能只有先产生磁效应后才能转化成机械能．于是，好奇心促使我自己动手做这个实验．     

微型电弧放电演示仪的制作

介绍了以RLC串联谐振为基本原理实现高压放电的微型电弧放电演示仪,该仪器通过特斯拉线圈实现尖端放电、隔空点亮荧光灯、音乐电弧以及无线传电等功能的演示,该实验装置体积小、安全性高,方便学生更好地观察高压放电的物理现象.     

范氏起电机的工作原理及常见故障排除

阐述了范氏起电机的整机工作原理: 包括摩擦起电、 尖端放电、 电荷自激等基本理论; 讨论了范氏起电 机常见故障的排除方法     

物理教学中尖端放电实验方法的研究

处于静电平衡的导体尖端电荷密度较大,从而使导体尖端附近的场强就特别强,这会导致尖端放电.对于尖端放电现象,在中学物理教学中,常常用蜡烛火焰在尖端附近的电场作用下被吹离原位置来演示,又称"电风".     

超高避雷针系统接闪效能的数值评估

针对目前超高避雷针系统日趋增多但现行标准又难以对其整体接闪效能进行有效评价的现状,基于亚网格技术发展了一种地物装置接闪效能数值评估方法,建立了超高避雷针系统接闪效能的数值评估模型,并对典型超高避雷针系统的接闪效能进行了数值评估实验,结果表明：超高避雷针系统接闪器顶端接闪概率最大,但其上部其他区域也可能遭受雷电的侧击,且接闪器上部遭受侧击的概率会随着侧击点高度的增加而增大。此外,雷击强度或雷云荷电强度对超高避雷针系统接闪器上各部分的接闪概率也有影响。雷击强度或雷云荷电强度越小,接闪器顶端的接闪概率越低,相应地接闪器上遭受侧击的概率越大,且侧击点的覆盖范围也会随之逐渐向接闪器的下部扩展。     

关于手摇式静电感应起电机原理

手摇式静电感应起电机,在手柄沿顺时针方向摇动时是一个具有正反馈特征的电荷放大器.若莱顿瓶电容上存在一定的初始电荷,则在电容电极外露部分所带电荷产生的静电场中,在金属电刷上出现静电感应,正负电荷将出现在电刷的两端部,绝缘转盘转动时它上面的导体箔片在滑扫过电刷端部的金属毛刷后即带上了净电荷,带有正负净电荷的导体箔片随绝缘转盘转动,在分别至连接莱顿瓶电容电极的正负极集电叉时,都通过尖端放电向莱顿瓶电容充电,莱顿瓶电容中的电荷越来越多.这就是起电机工作的物理过程.     

从雷劈石与避雷针“神功”探究谈物理现象课教学法

物理学是研究现象的学科,物理学概念、规律都是通过对自然现象的剖析、实验得出来的．如何上好物理现象课是每位老师最伤脑筋的事情．本文从雷劈石与避雷针“神功”探究开始,借助演示仪器及自制教具进行演示,使静电感应教学化难为易,取得意想不到的良好教学效果,现把本节课的教学过程介绍出来,希望共同探索现象课教学技巧和方法．     

无电刷法拉第模型电动机的动力学原理

法拉第电动机使用电刷改变流经转子线圈中电流的方向,若无电刷的情况下法拉第电动机似乎不能维持转动.事实上无电刷法拉第模型电动机在人为给转子线圈初始角动量的情况下却可以不停地转动.提出了转子线圈转轴跳动假设,给出无电刷法拉第模型电动机转动的动力学解释,并得到实验验证.     

微隙介质阻挡放电装置中的空气均匀放电光谱特性

大气压空气中介质阻挡均匀放电产生的等离子体在工业领域具有广阔的应用前景,为研究其产生条件及机理,利用微间隙介质阻挡放电装置,在大气压空气中实现了均匀放电。电学实验结果表明,低电压时电流波形在电压每半个周期存在若干个脉冲宽度很小的脉冲,肉眼观察到大量的微放电丝,随着外加电压增加,放电功率逐渐增加,放电空间内微放细丝增多。当电压增大到9.2 kV时,电流波形在电压每半个周期只存在一个宽度较大(约5.5 μs)强度较强的脉冲,观察不到微放电丝,微放电最终扩展叠加形成均匀放电。采集了光谱范围为330～420 nm的发射光谱,氮分子第二正带系337.1 nm的谱线强度明显比氮分子离子第一负带系391.4 nm的强。将337.1 nm谱线的强度归一,391.4 nm谱线的强度即反应了电子平均能量的大小,同时拟合计算了反映分子内部能量的氮分子振动温度。结果表明电子平均能量和分子内部能量都随外加电压的增加而降低。表明放电空间电场能量较低时不容易形成丝状放电,均匀放电模式中电子平均能量比微放电丝放电模式中的低。这些结果对于空气中介质阻挡均匀放电在工业应用方面具有一定的指导意义。     

有趣的“电风”驱动实验

把用乒乓球、塑料瓶等做成的电枢放在放电尖端附近,电枢在"电风"的驱动下可快速转动.介绍了该实验装置的制作过程与演示方法.     

探究轻质塑料桶在尖端附近的旋转现象

基于轻质塑料桶在尖端放电时旋转方向的不一致现象提出问题,利用酒精灯火焰来显示带电粒子的流动方向,并探究在接地尖端附近粒子运动的异常现象。实验发现,接地端也存在放电现象。     

富兰克林轮演示实验的扩展

富兰克林轮转动实验是较好的电学演示实验,而现有的演示方式过于简单.本文扩展了实验的演示方式,分别在平行铝板作用下、单铝板作用下、金属尖端作用下和X射线作用下观察富兰克林轮的转动.     

大气压氩气针-板介质阻挡放电的光电诊断

利用针-板介质阻挡放电装置,在4 mm长的气隙中产生了大气压氩气射流等离子体。利用电学方法实现了对放电电流和电荷量的同时测量,并且对放电脉冲数和放电功率进行了研究;利用发射光谱法对放电等离子体进行了空间分辨测量,并根据ArⅠ696.54 nm的Stark展宽计算了等离子体的电子密度。结果发现:随着外加电压的增加,每个周期内的放电脉冲数增加,放电功率也增加。随着针头距离的增加,电子密度由2.94×1015cm-3逐渐减小到2.28×1015cm-3。实验结果表明:电场强度对放电脉冲数和电子密度的空间分布起重要作用。     

热等离子体射流温度与放电功率和气体流量的定标关系

利用氮系统的高温热力学函数C_p,m,结合热量计算公式及能量平衡关系,在理论上得到热平衡等离子体射流温度与放电功率和气体流量的定标关系。结果表明,该过程满足相似性原理,射流温度不是功率和流量的一般二元函数,而是比值P_eff/f 的一元函数。并对结果进行了相关的分析和讨论,为热等离子体的应用提供了参考数据。     

气体放电随机现象的图像智能化分析

本文采用高速相机记录气体放电信息,获得高分辨率的空间与时间的视频数据.通过分析其放电图案,发现其为树状分形结构,其单个放电点和多个放电点的分形维数分别为1.64和1.71.利用课题组采用python编写的软件,对获取的大量的图像信息进行智能化的轮廓识别和质心标记,获取了每个放电条件下,5911张相邻时间间隔为0.5 ms的图像的放电点的位置分布信息.结果显示,放电点数在空间内出现的位置概率接近高斯分布,其出现的时间间隔分布接近指数衰减.     

念力转机运动原理的研究

对念力转机的运动原理进行了理论分析和实验研究.理论上基于念力转机的力学原理,分析它的转动原理,研究其转动特性.理论分析表明念力转机前端铁钉做周期性类椭圆运动,木棍和铁钉的振动带动螺旋桨转动,螺旋桨的转动方向取决于水平振动和竖直振动的相位差.实验上采用光放大法观察念力转机的运动过程,实验结果和理论分析结果吻合.实验表明用手施加水平力时,螺旋桨的旋转方向与手的触碰位置有关.实验还发现单位时间摩擦凹槽的数目越多,螺旋桨转速越大,两者具有线性关系.