利用“辉光球”探究静电现象，本文主要内容关键词为：辉光论文,静电论文,现象论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、辉光球简介
辉光球（见图1）是一个装饰工艺品，它是一个薄壳玻璃球，球内中心处有一个球形电极，壳内空气被抽成一定的真空度，并充入低气压的惰性气体。当电极电源接通后，球形电极上加有高频的高电压，在其周围形成高压电场，球壳内的稀薄惰性气体电离产生辉光放电现象。
图1
二、实验探究
1.将辉光球电源接通，调节电压至球内出现辉光放电现象（见图2）。观察并描述观察到的现象，说明辉光球的电场有什么特点。
图2
2.用一只手掌接触玻璃球壳，观察球壳内的辉光现象有什么变化，说明球内的电场有何变化，试解释变化的原因。
3.将接触球壳的手掌变为手指，并沿顺时针（或逆时针）方向在球壳上缓缓移动，观察球壳内的辉光现象有什么特点，试解释原因。
4.玻璃球壳外是否有电场？给你一只氖管，怎样用它来探究辉光球外周围电场的特点（见图3）？
图3
5.操作中看到什么现象？说明什么问题？
6.分别用书本、乒乓球拍、泡沫塑料板、铝板等隔在辉光球与手持的氖管之间，看看这些东西对电场有什么影响？看到什么现象？怎样解释？
三、现象及其解释
1.接通电源，辉光球放电，可见球壳内出现以球电极为中心的立体辐射光线，这些光线不是笔直的，有些弯曲。但总体上是球对称的。将高频、高压电加在辉光球中心电极上时，在很短的时间内可以把它当静电场处理，它是一种点电荷的电场，中心是一个电极，无穷远处（或周围接地物）是另一电极，极性随高频电压变化而变化。球壳内的稀薄气体分子被运动的带电粒子碰撞电离产生辉光现象，由于气体密集程度较小，所以辉光总体按电场线的路径显示。
3.当手指沿球壳面缓缓移动时，明亮的辉光线靠近球壳的一端随手指而移动；原来静止时，一条明亮的辉光线近似为一条通过圆心的直线，但缓缓移动后，这条辉光线变弯曲了，如图6所示，好像存在一种“惯性”的记忆。这是什么原因呢？因为在初始位置静止时，中心电极到手指间的电场最强，沿电场方向的气体电离形成一条明亮的辉光线，由此造成在这条线周围空间的导电离子较多，相对其他地方的气体的电导率较高，当手指移动到图中下方位置时，电场最强的区域也随之转移，但由于原空间区域的导电离子较多，因此出现辉光线略向上弯曲的现象。
图6
4.手持氖管的一极，从较远处向辉光球方向移动，接近到一定距离时，可见氖管起辉。手持氖管的一极是接地的，氖管起辉说明氖管的另一极所在空间点与接地点间有一定的电势差（起辉电压约为60V）。手持氖管越是接近辉光球，氖管起辉越明亮，到接触球壳时起辉最亮。这说明所测点越接近球壳，与地间的电势差越大，电场越强。还能说明与球心等距离的点的电场强度近似相同。
5.手持氖管在辉光球周围的某一位置见氖管辉光，保持此位置不变，分别在氖管和辉光球之间插入不同材料的板状物（如书本、木板、泡沫塑料板、金属板等），发现插入接地的金属板，氖管不再发光，说明接地的金属板对静电场能起局部的屏蔽作用；如果插入带绝缘柄的金属板（图7）和其他电介质板，氖管仍能起辉，说明它们在电场中被感应或极化，不能对电场起隔离的作用。
图7
美丽的辉光球，教师可以用它作为电场的引入，也可以给学生进行课外探究，引导学生观察现象，描述现象，发现问题，尝试作一些定性的解释，使学生感受到探究的乐趣。文中的“现象及解释”是写给教师看的，教师可以把这些内容转化为学生所能理解的知识。