大型達拉第籠演示裝置的設計與制作

1、項目編號：大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目立項申請書項目名稱： 大型法拉第籠演示實驗裝置的設計與制作 輔導教師： 黎鎖平（教授） 褚潤通（講師） 項目負責人（學生）：王文軍 參加學生： 郭磊 薛睿 所在單位： 蘭州理工大學理學院 申請日期： 2010-9-1 蘭州理工大學實驗室管理處制項目名 稱大型法拉第籠演示實驗裝置的設計與制作起 止日 期 2010 年 9 月至 2012 年 7 月負責人王文軍學 號09510124年 級 二年級專 業(yè)應用物理學身份證 別男電 箱wangwenjunlut參加學生姓 名學 號性別身份證號年 級專

2、業(yè)王文軍09510124年級應用物理學郭磊09510226年級應用物理學薛睿09510131年級應用物理學創(chuàng)新性實驗項目的構思、原理及可行性：概述：法拉第籠是一種用于演示等電位，靜電屏蔽和高壓作業(yè)原理的設備，它是由籠體、高壓電源、顯示器和控制器四部份組成，其籠體與大地連通，高壓電源通過限流電阻將10萬伏直流高壓電輸送給放電桿，當放電桿尖端距籠體10厘米左右時，發(fā)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生電火花，籠體內(nèi)的體驗者可以用手觸摸籠壁、接近電火花也不會觸電，還會感受到電子風帶來的奇妙感覺。 大型

3、法拉第籠演示實驗裝置因其體積大，價格高（一萬元以上），通常只能在一些較大城市的科技館見到，普通實驗室通常采用類似于鳥籠大小的靜電屏蔽罩，盡管同樣能演示等電位及靜電屏蔽現(xiàn)象，但不像大型演示裝置（學生可以進入籠中直接感受），感官刺激不夠強烈，演示效果顯然不及后者。構思：1、 利用角鐵、扁鐵和金屬絲網(wǎng)制作一個高約2米，直徑1米的大型穹頂形封閉（側面開門）圓柱筒作為法拉第籠主體，底部用五個高壓電瓶絕緣子支撐，不僅可以演示靜電屏蔽原理，還可以演示等電位、高壓帶電作業(yè)原理。2、 用大尺寸數(shù)碼管制作一個高壓電壓顯示裝置，以起到提高高壓電壓的演示直觀性，增強感官刺激，加深實驗印象。原理：法拉第籠是用金屬網(wǎng)做成

4、的一個封閉的金屬籠，其內(nèi)部場強為零。當在法拉第籠處在高電位時或法拉第籠接地，放電桿對其放電時，法拉第籠帶電，但其內(nèi)部場強為零，所以，站在法拉第籠里面的人是安全的。可行性： 該項目所需實驗材料已購，籠體的制作除需要一定的焊接技術外（焊接技術已經(jīng)在金屬工藝實驗課中實踐鍛煉過），其他方面要求不高。高壓電壓顯示裝置可先用分壓器將高電壓轉化為低電壓來顯示，A/D轉換及數(shù)碼管驅動電路目前已有成熟電路可以借鑒。因此，本實驗無論從實驗原理還是選材都具有很高的可行性。項目中所需設備及硬件設施：1、 實驗所需主要材料：角鐵、扁鐵及金屬絲網(wǎng)，高壓絕緣子，大尺寸數(shù)碼管等。2、 設備：電焊機、切割機、高壓直流電源（即高

5、壓發(fā)生器）、電烙鐵、萬用表等。3、 其他低值易耗材料。項目的創(chuàng)新點和特色：本研究項目主要以為法拉第籠演示實驗“增加高壓顯示器”為創(chuàng)新點，增強實驗演示時的視聽覺刺激，提高實驗效果。在設計創(chuàng)新方面，我們將設計成一個穹頂圓柱體，美觀大方，節(jié)省空間，為今后的演示實驗提供便利。項目主要解決的問題：通過學生創(chuàng)新實驗項目的實施，由學生在老師的指導下自制實驗儀器，不僅可以鍛煉學生創(chuàng)新設計和實際動手能力，還可以填充實驗室演示實驗裝置的空缺，達到一舉雙得的效果。項目預期成果：該實驗研究結果將作為實驗室演示實驗裝置，豐富實驗室裝置，讓同學們更清晰直觀地看到實驗結果，激發(fā)同學們的創(chuàng)新思維?？傮w安排及進度：1、前期準備：查閱資料，參觀考察，確定初步試驗方案。12月；2、購買實驗材料，加工制作法拉第籠體。2-3月；3、高壓電壓顯示部分的設計與仿真。34月；4、高壓電壓顯示部分的制作與初試。2-3月；5、改進方案，高壓顯示部分的定型與組裝。12月；6、整機的整體安裝調(diào)試。34月；7、撰寫實驗報告，12月。經(jīng)費預算安排：1、各種實驗材料費