電子反沖演示儀

馬建生

【中圖分類號】 G632.3 【文獻標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2016）31-0-01

一、發(fā)明背景和發(fā)明原理

在日常生活中，經(jīng)常會發(fā)生靜電現(xiàn)象，如空氣干燥時脫衣服會出現(xiàn)叭叭的響聲和打火花現(xiàn)象，人手碰到門把手、花葉尖端等會產(chǎn)生被電擊的感覺，是因為摩擦或感應(yīng)起的靜電現(xiàn)象；刮風(fēng)下雨時會出現(xiàn)閃電雷鳴就是因為空中云層積累的電荷達到頗大數(shù)量時，它與附近的帶電云層或物體間產(chǎn)生很大的電勢差，形成很強的電場，發(fā)生強烈放電而產(chǎn)生的聲和光現(xiàn)象。這些都是我們身邊的自然現(xiàn)象。根據(jù)物理和化學(xué)有關(guān)理論得知：“原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的”，物體之間如果發(fā)生摩擦或感應(yīng)就會出現(xiàn)核外電子的得失或轉(zhuǎn)移，得到電子的帶負電，失去電子的帶正電。靜電現(xiàn)象就是由于電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的現(xiàn)象。

在科學(xué)實驗上，“富蘭克林”發(fā)明的避雷針就是安裝在建筑物頂上的尖端導(dǎo)體將積聚過多的靜電荷通過導(dǎo)線引到地面，防止高大建筑物被雷電沖擊破壞。據(jù)有關(guān)資料表明：整個地球表面平均每秒鐘有100多次閃電，并在1‰到1/10秒之內(nèi)釋放出幾百萬至上億焦耳的能量，會猛烈地擊毀一些高大的建筑物，這說明高壓靜電放電時釋放的能量會產(chǎn)生巨大的沖擊力。根據(jù)牛頓第三定律我們知道，任何一個力都同時存在作用力與反作用力。即放電物體放電時產(chǎn)生巨大沖擊力的同時一定要產(chǎn)生反沖力作用于放電物體上。那么我們猜想：如果放電物體是“S”形，則會發(fā)生轉(zhuǎn)動。這對于中學(xué)生來說既抽象又難懂，缺乏直觀具體的演示教具。

作為青少年科技教育工作者，我們有責(zé)任根據(jù)物理教學(xué)大綱要求，通過摩擦產(chǎn)生高壓靜電，然后用導(dǎo)線將積蓄的電荷引到導(dǎo)體的尖端，利用導(dǎo)體尖端處發(fā)生放電，對空氣產(chǎn)生作用力，同時空氣也產(chǎn)生反沖力，我們讓這個反沖力作用在“S”形放電物體上，因而產(chǎn)生力矩使之轉(zhuǎn)動。本人依據(jù)此物理原理設(shè)計自制了“電子反沖演示儀”，目的是引發(fā)更多的青少年了解靜電、應(yīng)用靜電，熱愛學(xué)習(xí)靜電乃至物理學(xué)知識，并讓他們動手操作、細心觀察、反復(fù)實驗來驗證電子反沖的現(xiàn)象是有科學(xué)依據(jù)的。

二、作品的材料結(jié)構(gòu)和制作方法

首先準備好實驗用的感應(yīng)起電機一臺，大針一根，圓形絕緣底座一個，積蓄電荷的萊頓瓶一個，銅絲導(dǎo)線一段（長15cm粗0.3cm），漆包線一根（長50cm），小磁針一個，三原色轉(zhuǎn)盤一個，透明球狀玻璃瓶一個。

然后將銅絲導(dǎo)線兩端磨尖折成“S”型并將它與褪掉磁性的小磁針焊接在一起，再與三原色轉(zhuǎn)盤組合成一個轉(zhuǎn)輪即可。當(dāng)使用時將大針的一端固定在絕緣底座的中央處，尖端向上插入組合轉(zhuǎn)輪的中央處支起轉(zhuǎn)輪，最后用漆包線將起電機和大針連接在一起，手搖起電機，組合轉(zhuǎn)輪就開始轉(zhuǎn)動了。

三、作品的特點和作用

“電子反沖演示儀”是依據(jù)導(dǎo)體尖端放電現(xiàn)象，應(yīng)用避雷針的原理，所以它具有科學(xué)性。它的特點是制作材料易取，結(jié)構(gòu)簡單，容易自制，有獨特的趣味性和新穎性，很適合廣大的中小學(xué)教師在教學(xué)中廣泛使用，是實驗教學(xué)中高靈敏度的驗電器，也是一具多用途的新型教具。通過操作、實驗、觀察、比較，讓更多的學(xué)生了解本作品的構(gòu)造與電動機是有本質(zhì)區(qū)別的，雖然都能轉(zhuǎn)動，但工作原理卻不同?！半娮臃礇_演示儀”是目前創(chuàng)新教育過程中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的示范教具，同時也填補了新課程改革教材內(nèi)容的一項空白。