△《酷实验·范氏起电机》/摄影：梁琰胡升?新知数媒

人类很早就对静电有了直观的认识。古人曰：“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声”(西晋张华《博物志》)，意思是说在梳头和穿脱衣服时，常发生摩擦起电，偶尔还能看到小火花和听到微微的响声。可见，摩擦生电是日常生活中常见的物理现象之一。

范德格拉夫起电机(VandeGraafGenerator)也是利用了这一原理。它是由美国物理学家罗伯特·杰米森·范德格拉夫发明，又称范氏起电机，装置结构如下图所示：

范氏起电机装置结构示意图

起电机内部绝缘的传送带通过摩擦产生电荷，在静电平衡状态下金属球空腔内表面上无电荷，球体通过静电感应将感生电荷分布在空腔外表面，球体外表面与接地端形成电位差，最终可以产生几千到几万伏特的电压！

范氏起电机实物图

范氏起电机是用于演示高压静电的产生和放电原理的必备仪器之一，在高中课堂上用于观察电荷的传递、演示电荷的电力线等实验，有助于理解静电感应原理。此外，利用范氏起电机也可以完成一些有趣的实验，例如将手放在金属球上可以使头发竖立起来，这是由于电荷转移到头发上，同种电荷互斥使得头发站立起来。

本期视频，我们主要展示了范氏起电机的放电和感应现象。借助一些日常材料，我们力图将这一过程表现得直观而有趣。下面是范式起电机实验图片欣赏和原理详解。

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非接触放电

开机后，金属接地小球接近时，高压将空气击穿形成电火花。

开灯时

关灯后

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飞舞的纸片

小小的纸片在静电的作用下翩翩起舞，飞舞的状态就像燃放的烟花。偶尔，纸片会像充满活力的小人在进行叠人塔游戏。这一现象的产生是由于起电机将静电转移给小纸片，使其带有同种电荷并产生静电斥力。并且由于小纸片较轻，因此会舞动起来。

翩翩起舞的纸片

纸片因带电而飞出

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跳动的大黄米

在起电机开启之初，大黄米由于自身较重，未能在静电斥力的驱动下而跳动。当试管接近大黄米时，静电感应让试管顶端带有相反的电荷，此时静电吸力让大黄米按耐不住地扑上来，迎击这个外来之物，犹如飞蛾扑火。

玻璃试管接近前，大黄米未跳动

玻璃试管接近时，大黄米起舞

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下期预告

下期，我们将为大家呈现高压放电现象，敬请期待《高压静电的奇趣威能》！

文/胡升编辑/北冥

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