高中物理靜電演示實(shí)驗(yàn)不易成功的原因及對(duì)策分析

重慶市南華中學(xué)校 胡俊偉

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)提出：“物理學(xué)是一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，它所研究的是物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用，最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及所使用的實(shí)驗(yàn)手段和思維方法，隨著人類對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的深入，物理學(xué)一方面帶動(dòng)了學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展……”由此可見，物理學(xué)作為一門科學(xué)學(xué)科，對(duì)于學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)以及綜合素養(yǎng)的提升等方面，都有著積極的價(jià)值和意義。

高中物理靜電演示實(shí)驗(yàn)不容易取得成功，原因主要來自于以下幾個(gè)方面：首先是天氣原因，室內(nèi)如果濕度較大或者過于干燥，都有可能影響實(shí)驗(yàn)的成效；其次是起電設(shè)備跟不上也有可能帶來不良效果；再次是實(shí)驗(yàn)技巧沒有全面掌握也會(huì)影響物理實(shí)驗(yàn)的有效性。

高中物理靜電演示實(shí)驗(yàn)不易成功，有主觀方面的原因，也有客觀方面的原因，針對(duì)這些原因，可以從以下方面開展實(shí)施：

一、絕緣材料以及導(dǎo)體部件的選擇和維護(hù)

靜電實(shí)驗(yàn)具有電壓高電量少，電荷分布于導(dǎo)體表面，且電荷的分布按曲率分布。如果電壓過高，就很容易形成漏電，如果電量較少，就又會(huì)產(chǎn)生一旦出現(xiàn)漏電就會(huì)把電漏光。所以靜電實(shí)驗(yàn)的全過程中，絕緣問題也成為了靜電實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵要素。對(duì)于物理教師來說，為了有效防止漏電，確保物理靜電實(shí)驗(yàn)的有效實(shí)施，比如在靜電實(shí)驗(yàn)的過程中，選取石蠟、泡沫塑料等作為取材的材料，這些材料比較方便加工。值得一提的是，石蠟對(duì)水是不浸潤的，有比較好的防潮性能。實(shí)驗(yàn)的材料不一樣，絕緣的性能也是不一樣的。

二、保持實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的清新和干燥

實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)部整體環(huán)境對(duì)于靜電實(shí)驗(yàn)來說也很重要，實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)部環(huán)境需要保持清新和干燥，經(jīng)常要給實(shí)驗(yàn)室開窗通風(fēng)，使得實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)離火花放電、火焰等電離源。一般情況下來說，空氣中的水汽容易凝結(jié)在儀器的表面，并且很容易沾上灰塵和污垢，一旦沾染上灰塵和污垢，在靜電實(shí)驗(yàn)過程中也很容易引起漏電等情況發(fā)生。在一般情況下，儀器的搬移也會(huì)引起漏電問題，比如儀器從干燥環(huán)境突然移到潮濕環(huán)境，就很容易造成嚴(yán)重的漏電問題，所以需要教師對(duì)儀器進(jìn)行清潔、干燥。

關(guān)于保持實(shí)驗(yàn)室環(huán)境清潔和干燥的方法，主要有以下幾種：太陽曬、電爐烤，實(shí)在沒有條件的可以用電吹風(fēng)吹，甚至還可以用紅外燈照射，照射的溫度不能高于50度。

三、掌握實(shí)驗(yàn)操作的技能和技巧

一是進(jìn)行摩擦起電時(shí)，要注意手不能拿棒的摩擦端，在開展摩擦起電的過程中，摩擦的速度要快，玻璃棒與絲綢以及膠木棒、毛皮等要迅速分離。

二是通過移動(dòng)接觸采用摩擦棒給驗(yàn)電器、導(dǎo)體等接觸帶電的時(shí)候。在這個(gè)過程中，摩擦棒是絕緣體，摩擦棒上的電荷不能隨意移動(dòng)，當(dāng)摩擦棒接觸了電荷，才能將電荷轉(zhuǎn)移到導(dǎo)體上，如果要想使得導(dǎo)體、驗(yàn)電器上帶的電多一些，也可以采用感應(yīng)帶電的方法，比如在摩擦之后將帶電棒靠近導(dǎo)體或者驗(yàn)電器，也可以通過用手觸一下導(dǎo)體或者驗(yàn)電器，之后再將帶電棒移走。在這個(gè)過程中，也有一些注意點(diǎn)值得留意，接觸帶電棒時(shí)，注意導(dǎo)體或驗(yàn)電器上的電荷與帶電棒上的電荷電性相同，而當(dāng)感應(yīng)帶電的時(shí)候，導(dǎo)體或驗(yàn)電棒上的電荷要與帶電棒上的電荷電性相反。

三是從導(dǎo)體上取電荷時(shí)，要與導(dǎo)體表面外凸曲率大的地方相互接觸。比如帶絕緣的金屬球和用電電器檢驗(yàn)靜電平衡的時(shí)候，檢驗(yàn)電荷分布在導(dǎo)體外表面的實(shí)驗(yàn)中。要注意以下幾個(gè)方面的步驟：首先是將方形的紙盒放置于有絕緣支座的平臺(tái)上，通過方形紙盒內(nèi)的表面與摩擦帶電的棒相接觸，使得方形紙盒帶電。通過手持金屬球的絕緣柄以使方形紙盒表面（非尖凸部位）與金屬球表面相互接觸后再將金屬球與驗(yàn)電器導(dǎo)體相接觸，驗(yàn)電器金箔則不張開。如果方形紙盒外表面曲率比接觸面更小時(shí)，則很可能影響靜電實(shí)驗(yàn)的效果。

四是正確選擇起電設(shè)備。一般來說，感應(yīng)起電機(jī)的存電量比較充足，電勢(shì)差也比較高，所以在高中物理靜電實(shí)驗(yàn)中比較多的采用。比如，在演示電場線、電場對(duì)帶電體的作用等靜電實(shí)驗(yàn)的過程中，運(yùn)用起電器可以起到比較好的效果。有的教師利用兩根摩擦棒的實(shí)驗(yàn)來建立學(xué)生對(duì)于電場的概念和初步印象，這個(gè)在教學(xué)中也比較常用，但是這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的成功可能性比較低。所以在靜電實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)選擇合適的起電設(shè)備，比如將絲絹替代編織袋之類的可能會(huì)收到更好的實(shí)驗(yàn)效果。

總而言之，高中物理靜電實(shí)驗(yàn)是高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最大的難點(diǎn)，靜電實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)對(duì)于實(shí)驗(yàn)的條件要求比較高，靜電實(shí)驗(yàn)受到兩個(gè)矛盾的制約——空氣濕度和儀器的絕緣性能，而綜合筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為絕緣性能又是靜電實(shí)驗(yàn)中的最主要的矛盾。作為一名高中物理教師，要大膽通過自制以及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并且不斷探索，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，來為學(xué)生呈現(xiàn)成功的高中物理靜電實(shí)驗(yàn)。

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