淺析初中物理教材中《靜電現(xiàn)象》實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

摘要：本文闡述了如何讓靜電現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)更簡單易行，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，不但能順利完成演示實(shí)驗(yàn)，而且還能讓每個(gè)學(xué)生都能在獨(dú)立實(shí)驗(yàn)中摸索出電荷間的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：靜電現(xiàn)象；摩擦起電；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003—6148(2011)9(S)－0017—2

蘇科版初中物理教材中新加入了靜電現(xiàn)象一節(jié)，使知識順暢地從分子過渡到更小的粒子，同時(shí)也讓看不見摸不著的微觀世界與生活的聯(lián)系更緊密。

學(xué)生在8年級下第7章內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，其實(shí)更像是在學(xué)習(xí)一段人類探索發(fā)現(xiàn)微觀世界的物理學(xué)史。本節(jié)內(nèi)容是從分子到原子結(jié)構(gòu)的過渡階段，通過摩擦起電和它的本質(zhì)原因探究，為下一節(jié)探索更小的微粒作鋪墊。

書本內(nèi)容把本節(jié)分為三部分：第一部分是關(guān)于分子是由原子組成，分子分成單質(zhì)分子和化合物分子。由于初二學(xué)生還沒接觸化學(xué)，所以對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不了解，在這節(jié)課上沒有對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行展開，只讓學(xué)生能明確分子可以再分成原子并明確分子內(nèi)部的組成情況。第二部分是關(guān)于摩擦起電的問題，是本節(jié)的重點(diǎn)，通過分組實(shí)驗(yàn)來探究帶電體的性質(zhì)和兩種電荷間的相互作用。從古希臘哲學(xué)家塞利斯發(fā)現(xiàn)摩擦過的琥珀能吸引碎草等輕小物體到富蘭克林提出正電荷和負(fù)電荷的概念，在這些類別多樣的靜電實(shí)驗(yàn)中，蘇科版中采用了標(biāo)準(zhǔn)的絲綢摩擦過的玻璃棒和毛皮摩擦過的橡膠棒。但在具體操作中如果不加任何處理的話，摩擦過的玻璃棒或橡膠棒連第一個(gè)實(shí)驗(yàn)(帶電體吸引輕小物體)都無法完成，更不要說電荷問的相互作用力了。其原因是帶電量少，電荷分布在導(dǎo)體表面易與空氣中的自由電荷發(fā)生中和，且玻璃棒、橡膠棒質(zhì)量較大，即便是在干燥空氣里摩擦后的玻璃棒也只能吸引少量的輕小物體，若空氣稍有潮濕(如在教室)則很難看到帶電現(xiàn)象。在傳統(tǒng)的教學(xué)中為了達(dá)到明顯的實(shí)驗(yàn)效果的目的，常常要采用這樣一些措施：(1)絕緣體要洗凈，清除污垢，并晾干。(2)上課前要把教室通風(fēng)，保持教室干燥。(3)把所有絕緣材料要烘干，又要防止老化。(4)操作時(shí)要保持手干燥，不能對著器材呼吸。為了準(zhǔn)備這樣一節(jié)課常常是煞費(fèi)苦心，而其最終效果卻差強(qiáng)人意，更不要說開展分組實(shí)驗(yàn)了。

針對這樣的問題，筆者在平時(shí)的生活中得到了一些靈感。當(dāng)使用發(fā)泡塑料時(shí)一些顆粒很容易就由于靜電貼在手上，而且在日本NHK電視臺制作的《最新科學(xué)實(shí)驗(yàn)集》中看到他們采用吸管來做靜電實(shí)驗(yàn)，于是筆者馬上把玻璃棒換成吸管，果然能吸引很多小紙屑。采用摩擦大吸管來完成第一個(gè)實(shí)驗(yàn)(帶電體的性質(zhì))，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)很多材料都能使吸管輕易的帶上靜電，考慮到簡單方便又便宜，最后選用了餐巾紙來摩擦，這樣買一盒餐巾紙全年級分組實(shí)驗(yàn)都夠用了。

活動一、帶電體的性質(zhì)

直接把橡膠棒(用大吸管代替)接觸小紙屑時(shí)發(fā)現(xiàn)_u。

用毛皮摩擦橡膠棒接觸小紙屑時(shí)發(fā)現(xiàn)

帶電體的性質(zhì)：_u。

在準(zhǔn)備第二個(gè)實(shí)驗(yàn)(兩種電荷間的相互作用)中發(fā)現(xiàn)如果采用書本中的裝置去做，當(dāng)吸管受力稍有轉(zhuǎn)動時(shí)吊線就會產(chǎn)生一個(gè)反向扭力矩阻止了玻璃棒的轉(zhuǎn)動，不能明顯看到排斥現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其實(shí)要選的改進(jìn)材料就在身邊，而且也很便宜，就是用牙簽作為支柱，一次性紙杯作為底座，在吸管彎折處打個(gè)小孔(單面，不能對穿)，然后用牙簽的一端輕輕的插入紙杯，再把吸管放在牙簽的另一端能自由轉(zhuǎn)動即可。

活動二、兩種電荷間的相互作用

用餐巾紙摩擦吸管直的一端，用橡皮摩擦吸管彎的一端，再取一根吸管用餐巾紙摩擦，然后去靠近剛才吸管的兩端，觀察到餐巾紙摩擦過的吸管靠近直的一端時(shí)：_u。

餐巾紙摩擦過的吸管靠近彎的一端時(shí)：

得出結(jié)論：_u。

在準(zhǔn)備第三個(gè)實(shí)驗(yàn)(用毛皮摩擦過的橡膠棒(負(fù))來判定剛才的吸管兩端分別是哪種電荷)時(shí)，大家一定在想既然已經(jīng)用吸管代替了為何還提橡膠棒，這里筆者有這樣的想法，吸管代替了傳統(tǒng)的橡膠棒和玻璃棒，確實(shí)在實(shí)驗(yàn)操作中更簡單易行了，但也會給學(xué)生帶來一種困惑，就是到底書本中科學(xué)家所說的毛皮摩擦過的橡膠棒是否帶電，而且如果反復(fù)強(qiáng)調(diào)了吸管，但考試中不可能是吸管的，還是傳統(tǒng)的器材。所以在課堂上傳統(tǒng)器材做演示實(shí)驗(yàn)還是有必要的，只不過要向?qū)W生闡述一下為何不用這些傳統(tǒng)器材的原因。當(dāng)然用毛皮摩擦過的橡膠棒來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)只能是演示了，到學(xué)生分組可以用餐巾紙摩擦過的大吸管(同樣也帶負(fù)電)來代替。

活動三、用毛皮摩擦過的橡膠棒(負(fù))來判定剛才的吸管兩端分別是哪種電荷

設(shè)計(jì)最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)完帶電體間的相互作用后，能馬上用已知的帶電體來判斷未知帶電體的正負(fù)情況，加強(qiáng)鞏固。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后學(xué)生確實(shí)能利用剛學(xué)的知識來判斷了，而且還有一位同學(xué)提出了實(shí)驗(yàn)的缺陷，那就是如果大吸管(負(fù))和小吸管吸引了，一定說明這時(shí)的小吸管帶的是正電嗎?如果小吸管不帶電呢?于是同學(xué)們展開了討論，最后學(xué)生們得出一個(gè)彌補(bǔ)的方案，就是先把小吸管邊上放些小紙屑，先判斷一下小吸管是否帶電，再判斷帶的是正電荷還是負(fù)電荷。學(xué)生的思維在碰撞中產(chǎn)生新的靈感。

在做完這三個(gè)實(shí)驗(yàn)后請學(xué)生思考這樣一個(gè)問題，為什么摩擦能起電?在這里用視頻播放湯姆生的生平事跡，一方面激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家孜孜不倦的探索精神，另一方面讓學(xué)生通過了解物理學(xué)史來加強(qiáng)對摩擦起電本質(zhì)的認(rèn)識；然后再播放原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模擬動畫視頻，讓學(xué)生在了解了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上猜想容易失去或得到的是外部的電子還是內(nèi)部的原子核。學(xué)生們這時(shí)也明白了原子是可以再分的，還明白了摩擦起電可以說明原子是可以再分的。

緊接著又提出了這樣一個(gè)問題，為什么材料都是吸管，用不同的物體去摩擦后帶的電荷種類會不同呢?請學(xué)生們對吸管、餐巾紙、橡皮按照原子核對電子的束縛能力由強(qiáng)到弱進(jìn)行排列。這里是對本節(jié)內(nèi)容的拓展了，部分學(xué)生能得出原子核對電子束縛能力的強(qiáng)弱排布，同時(shí)也加深了對摩擦起電的更進(jìn)一步認(rèn)識。