大型达拉第笼演示装置的设计与制作

0项目编号：大学生创新性实验计划项目立项申请书项目名称：大型法拉第笼演示实验装置的设计与制作辅导教师：黎锁平（教授）褚润通（讲师）项目负责人（学生）：王文军参加学生：郭磊薛睿所在单位：兰州理工大学理学院申请日期：2010-9-1兰州理工大学实验室管理处制1项目名称大型法拉第笼演示实验装置的设计与制作起止日期2010年9月至2012年7月负责人王文军学号09510124年级二年级专业应用物理学身份证号62272219890711105X性别男电话[phone]邮箱[e-mail]参加学生姓名学号性别身份证号年级专业王文军09510124男62272219890711105X二年级应用物理学郭磊09510226男622801199011242098二年级应用物理学薛睿09510131女620121199005162425二年级应用物理学2创新性实验项目的构思、原理及可行性：概述：法拉第笼是一种用于演示等电位，静电屏蔽和高压作业原理的设备，它是由笼体、高压电源、显示器和控制器四部份组成，其笼体与大地连通，高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压电输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体10厘米左右时，发生放电现象，产生电火花，笼体内的体验者可以用手触摸笼壁、接近电火花也不会触电，还会感受到电子风带来的奇妙感觉。大型法拉第笼演示实验装置因其体积大，价格高（一万元以上），通常只能在一些较大城市的科技馆见到，普通实验室通常采用类似于鸟笼大小的静电屏蔽罩，尽管同样能演示等电位及静电屏蔽现象，但不像大型演示装置（学生可以进入笼中直接感受），感官刺激不够强烈，演示效果显然不及后者。构思：1、利用角铁、扁铁和金属丝网制作一个高约2米，直径1米的大型穹顶形封闭（侧面开门）圆柱筒作为法拉第笼主体，底部用五个高压电瓶绝缘子支撑，不仅可以演示静电屏蔽原理，还可以演示等电位、高压带电作业原理。2、用大尺寸数码管制作一个高压电压显示装置，以起到提高高压电压的演示直观性，增强感官刺激，加深实验印象。原理：法拉第笼是用金属网做成的一个封闭的金属笼，其内部场强为零。当在法拉第笼处在高电位时或法拉第笼接地，放电杆对其放电时，法拉第笼带电，但其内部场强为零，所以，站在法拉第笼里面的人是安全的。可行性：该项目所需实验材料已购，笼体的制作除需要一定的焊接技术外（焊接技术已经在金属工艺实验课中实践锻炼过），其他方面要求不高。高压电压显示装置可先用分压器将高电压转化为低电压来显示，A/D转换及数码管驱动电路目前已有成熟电路可以借鉴。因此，本实验无论从实验原理还是选材都具有很高的可行性。3项目中所需设备及硬件设施：1、实验所需主要材料：角铁、扁铁及金属丝网，高压绝缘子，大尺寸数码管等。2、设备：电焊机、切割机、高压直流电源（即高压发生器）、电烙铁、万用表等。3、其他低值易耗材料。项目的创新点和特色：本研究项目主要以为法拉第笼演示实验“增加高压显示器”为创新点，增强实验演示时的视听觉刺激，提高实验效果。在设计创新方面，我们将设计成一个穹顶圆柱体，美观大方，节省空间，为今后的演示实验提供便利。项目主要解决的问题：通过学生创新实验项目的实施，由学生在老师的指导下自制实验仪器，不仅可以锻炼学生创新设计和实际动手能力，还可以填充实验室演示实验装置的空缺，达到一举双得的效果。项目预期成果：该实验研究结果将作为实验室演示实验装置，丰富实验室装置，让同学们更清晰直观地看到实验结果，激发同学们的创新思维。总体安排及进度：1、前期准备：查阅资料，参观考察，确定初步试验方案。1—2月；2、购买实验材料，加工制作法拉第笼体。2-3月；3、高压电压显示部分的设计与仿真。3—4月；4、高压电压显示部分的制作与初试。2-3月；5、改进方案，高压显示部分的定型与组装。1—2月；6、整机的整体安装调试。3—4月；7、撰写实验报告，1—2月。4经费预算安排：1、各种实验材料费：6000元；2、打印资料费：500元；3、交通费：1500元；4、其它费用：2000元；学院意见：院长签字：签章学校创新性实验计划领导小组意见：5组长签字：年月日