可視化電磁屏蔽實(shí)驗(yàn)

畢 亮

(綠春縣第一中學(xué)，云南 綠春 662599)

可視化電磁屏蔽實(shí)驗(yàn)

畢 亮

(綠春縣第一中學(xué)，云南 綠春 662599)

使用氯化鈉溶液設(shè)計(jì)了可視化的電磁屏蔽實(shí)驗(yàn)，并探究了屏蔽殼的電導(dǎo)率及厚度對電磁屏蔽效果的影響.

電磁屏蔽；食鹽水；電導(dǎo)率

1 可視化電磁屏蔽實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

可視化電磁屏蔽實(shí)驗(yàn)器材：純凈水、30 cm×30 cm×30 cm的有機(jī)玻璃水槽(使用更小的水槽也可)、1袋食鹽、1個(gè)透明氣球、2部手機(jī)、1只高4.5 cm的玻璃酒杯、1個(gè)羅技高清攝像頭.

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：

1)將B手機(jī)屏幕熄滅時(shí)間設(shè)置為10 min，或者設(shè)置為“從不”.

2)將B手機(jī)裝入透明氣球，在氣球口打結(jié).

3)在水槽中裝入深度約為10 cm的純凈水(水的體積為9 L).

4)將羅技高清攝像頭連接電腦，將實(shí)驗(yàn)的過程和細(xì)節(jié)同步到電子白板上.

實(shí)驗(yàn)步驟：

1)將小酒杯放置于水槽中水底的中間位置，將B手機(jī)放在水中的小酒杯上(手機(jī)上下方的水深約為5 cm).

2)觀察B手機(jī)信號，可以看到滿滿的4格信號，同時(shí)能看到“4G”字樣.

3)用A手機(jī)撥打B手機(jī)，撥打電話的同時(shí)將A手機(jī)的免提功能打開，電話接通后可以聽到A和B手機(jī)同時(shí)響起音樂.

4)將盡量多的食鹽倒入純凈水中并加以攪拌，將純凈水制成食鹽水(本文中倒入的食鹽約為185 g).

5)再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以觀察到B手機(jī)無信號，原本的信號圖標(biāo)位置出現(xiàn)“×”，“4G”字樣也消失不見.

6)用A手機(jī)撥打B手機(jī)，撥打的同時(shí)把A手機(jī)的免提打開，A手機(jī)發(fā)出“你撥打的電話無法接通”的提示音，B手機(jī)沒有發(fā)出鈴聲，也看不到來電顯示.

7)將B手機(jī)從食鹽水中取出，B手機(jī)的信號恢復(fù)正常，用A手機(jī)撥打B手機(jī)也可以撥通.

8)將B手機(jī)從氣球中取出，再將B手機(jī)的手機(jī)卡取出，可以看到B手機(jī)無信號，也無“4G”字樣，屏幕上有無卡的提示圖標(biāo).

此實(shí)驗(yàn)不僅可聽，也可視，學(xué)生可以使用聽覺和視覺感覺器官同時(shí)做出判斷，得出正確結(jié)論:密閉的食鹽水“導(dǎo)體盒”可以屏蔽手機(jī)信號.

2 屏蔽殼厚度和電導(dǎo)率對屏蔽效果的影響

開展可視化電磁屏蔽實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很自然就提出這樣的問題：為什么使用食鹽水演示電磁屏蔽實(shí)驗(yàn)，手機(jī)下方還需要墊小酒杯？自來水也是導(dǎo)體，為什么不使用自來水演示電磁屏蔽實(shí)驗(yàn)，如果采用自來水不是更能節(jié)省成本嗎？于是，進(jìn)一步探究屏蔽殼的電導(dǎo)率和厚度對屏蔽效果是否造成影響.

2.1 相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的食鹽水“薄殼”是否可以屏蔽手機(jī)信號

實(shí)驗(yàn)器材：食鹽水、1個(gè)有機(jī)玻璃水槽、1個(gè)透明氣球、2部手機(jī).

實(shí)驗(yàn)方案：

1)直接將小酒杯取走，使B手機(jī)沉入食鹽水下方. B手機(jī)下方的屏蔽殼厚度比較薄. 觀察到原本無信號的B手機(jī)，出現(xiàn)有2格信號，信號圖標(biāo)上方?jīng)]有 “4G”字樣，而是出現(xiàn)字母“E”. 用A手機(jī)撥打B手機(jī)，可以打通(環(huán)境不同，手機(jī)品牌和型號不同，NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，手機(jī)信號略有差異).

2)將水槽中的食鹽水倒掉一大部分，食鹽水中放入酒杯，酒杯上方放B手機(jī)，B手機(jī)上方的食鹽水厚度約為1 cm，看到有2格信號，有4G圖案. 用A手機(jī)撥打B手機(jī)，也可以接通.

與食鹽水深度為10 cm的實(shí)驗(yàn)對比，可以得到這樣的結(jié)論：質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的食鹽水，即電導(dǎo)率相同的食鹽水，屏蔽殼厚度大的屏蔽效果好，屏蔽殼厚度小的屏蔽效果差.

2.2 相同厚度的自來水“密封盒”是否可以屏蔽手機(jī)信號

實(shí)驗(yàn)器材：自來水、1個(gè)有機(jī)玻璃水槽、1個(gè)透明氣球、2部手機(jī)、1只高4.5 cm的玻璃酒杯.

實(shí)驗(yàn)方案：

1)水槽中裝入10 cm深自來水，把玻璃酒杯放入水底的中間位置，將套了透明氣球的B手機(jī)置于玻璃杯上方.

2)觀察B手機(jī)，看到信號只有2格，同時(shí)能看到“4G”字樣(環(huán)境不同，手機(jī)品牌和型號不同，NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，手機(jī)信號略有差異).

3)用A手機(jī)撥打B手機(jī)，可以撥通. 說明厚度約為5 cm的“自來水屏蔽殼”只減弱了B手機(jī)接收信號的能力，起到一定屏蔽作用，但無法完全屏蔽B手機(jī)的信號.

由于自來水中的自由電荷數(shù)少于食鹽水中的自由電荷數(shù)，因此自來水的電導(dǎo)率小于食鹽水的電導(dǎo)率(學(xué)生容易理解). 如果用實(shí)驗(yàn)手段比較自來水和食鹽水的電導(dǎo)率，可以取相同體積的兩燒杯液體(筆者取的體積為125 mL，食鹽水為前面做實(shí)驗(yàn)使用過的食鹽水)，用導(dǎo)線將其與2節(jié)干電池、分度值為0.02 A的電流表連成斷開的電路，斷開的2根導(dǎo)線當(dāng)作“開關(guān)”，將“開關(guān)”插入自來水中，“開關(guān)”的兩端緊貼燒杯壁，自來水不能使量程為0.6 A、分度值為0.02 A的電流表的指針偏轉(zhuǎn)(可以使靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)). 食鹽水能使相同量程和分度值的電流表指針偏轉(zhuǎn)，電流讀數(shù)為0.16 A. 注意：電解食鹽水會產(chǎn)生氯氣，不要使電路長時(shí)間保持接通，電路的通斷必須在瞬間完成.

與食鹽水深度為10 cm的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：屏蔽殼厚度相同時(shí)，“含有雜質(zhì)”的水，電導(dǎo)率大的屏蔽效果好，電導(dǎo)率小的屏蔽效果差.

探究了屏蔽殼的厚度和電導(dǎo)率對屏蔽效果的影響之后，可以再進(jìn)一步拓展. 教師提出問題：在海底執(zhí)行任務(wù)的潛水艇是否可以使用無線電通訊?并對潛水艇的通訊進(jìn)行適當(dāng)介紹.

3 結(jié)束語

在物理教學(xué)中，教師開發(fā)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是非常有必要的. 活學(xué)活用物理知識，學(xué)生才比較容易理解物理知識，同時(shí)也可使學(xué)生牢牢掌握物理知識. 筆者設(shè)計(jì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生動手解決實(shí)際問題的能力，更為重要的是可以啟迪智慧，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

[責(zé)任編輯：尹冬梅]

Visual electromagnetic shielding experiment

BI Liang

(Luchun No.1 Middle School, Luchun 662599, China)

The visual electromagnetic shielding experiments were designed using NaCl solution. The influence of conductivity and thickness of shielding shell on the shielding effect was studied.

electromagnetic shielding; NaCl solution; conductivity

2016-10-31

云南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度課題(No.BC15030)

畢 亮(1984-)，男，云南彌渡人，云南省綠春縣第一中學(xué)一級教師，學(xué)士，從事中學(xué)物理教學(xué)工作．

G633.7

B

1005-4642(2017)01-0059-02