大学物理演示实验讲义-2

雅格布天梯演示实验

【实验目的】：

通过演示来了解气体弧光放电的原理。

【实验仪器】：雅格布天梯演示仪

图9 雅格布天梯演示仪

【实验原理】：

无论是在稀薄气体、金属蒸汽或大气中，当回路中电流的功率较大时，能够提供足够大的电流，使气体击穿，伴随有强烈的光辉，这时所形成的自持放电的形式是弧光放电。

雅格布天梯是演示高压放电现象的一种装置。给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。

雅格布天梯中的两电极构成为一梯形，下端间距小，因而场强大。其下端的空气最先被击穿，产生大量的正负离子，同时产生光和热，即电弧放电。由于电弧加热（空气的温度升高，空气就越易被电离, 击穿场强就下降），使其上部的空气也被击穿，形成不断放电。结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，电极提供的能量不足以补充声、光、热等能量损耗时弧光因而熄灭。此时高压再

次将电极底部的空气击穿，发生第二轮电弧放电，如此周而复始，形成实验中的现象。

【实验步骤】：

打开电源开关，可看到高压弧光放电沿着“天梯”向上“爬”，同时听到放电声，直到上移的弧光消失，天梯底部将再次产生弧光放电。

【注意事项】：

1．千万做好安全防护，将仪器封闭，不能让人触及仪器，尤其是在工作时； 2． 仪器工作时间不能过长，一般不超过3分钟，将自动断电进入保护状态, 稍等一段时间，仪器恢复后方可继续演示。

能量转换轮演示实验

【实验目的】：

验证能量转换与守恒定律。

【实验仪器】：能量转换轮演示仪

图10 能量转换轮演示仪

【实验原理】：

能量转换轮演示了电能、磁能、机械能、光能之间的相互转化。给电磁铁通电，电能经电磁铁转换成磁能，即产生交变磁场，转轮内的磁铁在该磁场的磁力作用下带动转轮旋转，磁能又转换成机械能； 而转轮的旋转使永久磁铁的固定磁场运动起来，则又在左侧的闭合线圈中产生感应电流，能量又被转换成电能，并通过发光二极管变为光能。 根据能量转换与守恒定律，自然界的各种能量之间可以相互转化、但总能量保持不变。本实验也遵循这一定律。 【实验步骤】：

1．打开箱体前面板上的开关，使圆盘右侧铁芯产生变化的磁场； 2．轻轻转动大圆盘（圆盘上装有许多永磁铁）使其转起来，经过两磁场的相互作用，圆盘越转越快；

3．观察圆盘左侧线圈中发光二极管的发光情况； 4. 实验完毕，关掉电源。 【注意事项】：

1. 因有一定的摩擦，因此，开始应给一定的驱动力； 2. 易被磁化的物品应远离仪器，如机械手表； 3. 如果大圆盘转动时系统晃动，请把底座垫平。