制作尖端放电现象演示仪

尖端放电现象是非常神秘刺激的，我们一直很希望在课堂上通过实验演示真实地观看到这一现象。为此我和同伴们经过多次反复地设计和实验，最终制作了几种尖端放电演示仪，它们能很好地、较全面地演示尖端放电现象，实验现象非常明显，而且操作简单，受到了老师和同学们的一致好评。

一、制作背景

老师在讲解尖端放电现象时，因为没有一个实验仪器来模拟演示该现象，使得我们当时对这一部分的内容都感到很困惑，抽象的理论知识很难理解，只能凭空想象。在学校创新社团活动中，我针对此问题同大家讨论，有了自己动手制作实验仪器的想法，并将其告诉了物理老师。老师很支持我的设想，并给予我很大的鼓励，使我信心倍增，于是和另外两名同学一起开始了“尖端放电演示仪”的设计和研究。

二、制作目的

希望能利用自己亲手制作的仪器，将抽象的概念理论形象地演示出来，让同学们都能亲眼观察到尖端放电现象的情景，以此来加深大家对这部分内容的印象，同时帮助大家理解知识。希望通过自己设计制作实验仪器，锻炼自己的创新意识和动手能力，学中做，做中学，使自己在成长路上的个性化发展得到体现。

三、思路与方法

带着查阅的资料，通过虚心请教物理老师，我们明白了在导体的带电量及其周围环境相同的情况下，导体尖端越尖，曲率越小，电荷面密度越高，其附近场强也就越大，尖端效应越明显。当我们在两个针形电极杆间加上高压后，因为尖端处的电荷面密度最大，附近的电场最强，强电场将使尖端附近空气中残存的离子发生加速运动，被加速的离子与空气分子碰撞，使空气分子电离，产生大量新的离子。与尖端电荷异号的离子受吸引而趋向尖端，最后与尖端上的电荷中和；与尖端电荷同号的离子受排斥而飞向远方，形成“电风”，即因尖端放电所产生的带电粒子流或者称作“电离的气体流”。

由此我们想到，利用尖端放电在两个相距较近的针型电极之间可以产生电火花放电，还可以利用尖端放电所产生的带电粒子流推动滚筒转动，并且尖端放电所产生的带电粒子流还可以推动风轮自身转动。

四、具体研究制作

我们决定制作一个多功能实验仪器，尽可能多地把尖端放电现象演示出来，最终设计的综合方案见图1。

1.准备材料工具

制作材料主要有：木板、大钢钉、不锈钢管、哥俩好胶水、空饮料瓶、子母扣、旧自行车辐条、易拉罐、膨胀螺丝、螺丝钉、空笔管、接线柱、导线、5 V直流减速电机、手机充电宝等；工具主要有：电钻、开孔器、锯子、钳子、改锥、锤子、电烙铁、直尺、剪刀等。

2.制作平行排列的金属尖端

准备12个大钢钉，取两根不锈钢管，根据钢钉的大小，在每根管上平行打6个孔，每个孔之间大约相距4.5厘米，孔要比钢钉稍微小一点，然后把钢钉插入孔中，用哥俩好胶水将钢管与钢钉粘牢。

3.滚筒的制作

图1

找一个空饮料瓶，在瓶盖中心处用电烙铁钻一个小孔，在瓶底中心处也钻一个小孔，并安装上子母扣作为支撑轴承；再找一根旧自行车辐条，一端打尖后插入饮料瓶中，尖端撑到子母扣里就可以了；最后在滚筒上粘贴颜色鲜艳的彩条，滚筒制作完成。

4.底座的制作及安装

找一个合适的木块，在中心位置打孔，把滚筒固定在中心打孔的位置；在滚筒两边打两个孔，位置要根据平行排列的金属尖端的长短而定，试着调整放电排针的位置，使其与旋转滚筒保持相切并靠近，且与滚筒中轴平行，但不能接触，调整滚筒转动自如后，就找到两个孔的位置了（也就是金属管的位置）；把带有排针的金属管，竖直固定在木板上，然后在木板上离金属管较近的地方，安装两个接线柱，在金属管的底部焊接导线，并将导线和接线柱相连，这样仪器底座就制作好了。

5.尖端放电旋转杆的制作

根据两边排针的位置，确定旋转杆上的具体打孔位置；用电钻在金属杆上等间距不同方向打三个孔，安装钢钉，旋转杆即制作完成。

在木板上按照电机的形状画出位置，用电钻打孔，并将电机放到所打好的孔中；用螺丝钉将电机固定在木板上，电机转轴外加胶套，旋转杆内加入膨胀螺丝，以确保旋转杆在转轴上稳固。

6.电风轮的制作

将空易拉罐剪开，用锤子将易拉罐皮砸平，使其成为一块平铁板；用直尺和记号笔在平铁板上画出风轮轮廓，用剪刀剪出风轮外形；在风轮的正中心安装上子母扣，不断修正风轮的外形，让它最终对称不偏转；把自行车辐条一端打磨光滑，将风轮顶上去。

该仪器制作完毕，制作模型见图2。

图2

7.制作中的注意事项

（1）两排针的倾斜度和与滚筒间的距离要合适，否则滚筒转速太慢。

（2）转轴要位于对称位置，否则不利于转动。

（3）演示尖端放电用的旋转杆上的钢针的位置要确保与两侧排针的距离接近但不接触，这样放电现象才会明显。

（4）电风轮要选用轻薄的金属片来制作，支撑杆顶端要尖一些，否则电风轮转不起来或者转速太慢。

8.具体使用方法

（1）将电子起电机的两个电极杆分别与接线柱相连，观察尖端的放电情况；不断加大电压，可以看到饮料瓶绕轴由慢到快地转动起来（如图3）。

（2）将电子起电机的两个电极杆分别与接线柱相连，开启电动机遥控开关，中间的排针管开始转动，观察尖端的放电情况；不断加大电压，可以看到距离较近的两个针型电极之间有非常明显的电火花出现。

（3）将电子起电机的两个电极杆，分别与电风轮的支撑杆和验电羽的支撑杆相连，不断加大电压，可以看到电风轮转动了起来，同时验电羽上的线向四周炸开。每项演示完毕后，都要先关掉电源，再用导线放电。

五、效果和创新点

1.该演示仪实验现象生动、有趣、直观，能很好地激发同学们的学习兴趣，为老师在讲解尖端放电原理的知识点时提供了非常好的辅助工具。

2.该演示仪操作简单、安全，且成本低廉，我们利用身边的物品，自己动手制作，既消化了知识又锻炼了动手能力，很好地增强了物理教学中“堂堂做实验、课课用教具”的意识。

六、收获体会

我们制作的尖端放电现象演示仪充分体现了其科学性、示范性和实用性的特点，将枯燥的学习过程变得生动有趣。通过制作该作品，将我们的创造性与开发性思维融为了一体，提高了动手能力和创新意识，提高了学习的主动性，是我们成长路上的一个收获、见证。

图3