絕緣玻璃高溫變導(dǎo)體實驗的簡易裝置

付喜錦

(隴東學(xué)院 電氣工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000)

導(dǎo)體和絕緣體沒有絕對界線，當(dāng)條件改變時，絕緣體也能變成導(dǎo)體. 例如：日常生活中常用的干燥的木頭是絕緣體，但潮濕的木頭就變成了導(dǎo)體，又如：玻璃在通常情況是絕緣體，但如果將玻璃加熱到紅熾狀態(tài)，就變成了導(dǎo)體. 用實驗驗證，前例方便容易，但對于后例則不易實現(xiàn). 為此，設(shè)計了簡單且操作方便的玻璃由絕緣體變導(dǎo)體的實驗裝置.

1 中學(xué)物理教科書中兩種不同教學(xué)方法

1.1 2003人教版教科書

文獻(xiàn)[1]采用如圖1所示的裝置進行演示實驗, 該實驗難度大，實驗結(jié)果也不盡人意. 究其原因是多方面的：其一，電源待定；其二，帶導(dǎo)線的玻璃珠不好找；另外，最關(guān)鍵的是學(xué)生要通過小燈泡的發(fā)光來得出到玻璃由絕緣體變成導(dǎo)體的結(jié)論，但燈泡發(fā)光需要大電流，對電源電壓要求高.

圖1 文獻(xiàn)[1]中演示玻璃遇熱導(dǎo)電的實驗裝置

1.2 教科書2013人教版

文獻(xiàn)[2]先用演示實驗“電荷在金屬棒中的定向移動”給出有關(guān)導(dǎo)體和絕緣體的定義，其敘述為：“有的物體容易導(dǎo)電，叫做導(dǎo)體. 金屬、人體、大地、石墨、食鹽水溶液等都是導(dǎo)體. 有的物體不容易導(dǎo)電，叫做絕緣體. 橡膠、玻璃、塑料等都是絕緣體”. 這會給學(xué)生造成玻璃就是一成不變的絕緣材料的影響.

但文獻(xiàn)[2]提到：“絕緣體對電流的阻礙作用大，導(dǎo)體對電流的阻礙作用小” . 而且 “探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素” 實驗步驟1～2設(shè)計的是 “電阻大小是否跟導(dǎo)線的長度、粗細(xì)有關(guān)”，實驗步驟3設(shè)計的是“還可以檢驗其他的猜想：影響導(dǎo)體電阻大小的因素還可以有哪些？它們是怎樣影響電阻的？設(shè)計實驗，繼續(xù)進行探究”. 基于此，教師們是否會引導(dǎo)學(xué)生提出將通常情況下的絕緣體玻璃在加熱情況下變成導(dǎo)體的實驗設(shè)想？并用這一設(shè)想繼續(xù)研究得出導(dǎo)體和絕緣體沒有絕對界線的結(jié)論呢？因為教材中沒有這樣的具體表述.

1.3 參考文獻(xiàn)

文獻(xiàn)[3]實驗中仍用小燈泡(2.5V，0.3A)發(fā)光顯示有無電流通過，實驗不易成功，后改用投影靈敏電流計，加熱用酒精燈，實驗中沒有給出電源規(guī)格. 文獻(xiàn)[4]實驗中用普通燈泡(15W，220V)發(fā)光，電源接交流市電，用酒精燈加熱，玻璃體用日光燈芯. 文獻(xiàn)[5]實驗電路較簡單，但玻璃體仍用日光燈芯，文中沒有給出電源的規(guī)格. 上述文獻(xiàn)中所用電源電壓要求較高，不易操作.

2 玻璃由絕緣體變導(dǎo)體的簡易實驗裝置

2.1 實驗器材及實驗裝置制作

如圖2所示，電源選擇9V疊層電池或3.6V鋰電池，玻璃體是報廢保險管(斷絲1,2,5A均可)，有無電流通過顯示選用發(fā)光二極管，導(dǎo)線是普通導(dǎo)線和1根十幾cm長的銅絲,電路板(也可用小木板代替),酒精燈(或蠟燭),火柴,萬用表,烙鐵(焊接用的工具).

(a)原理圖 (b)實物圖圖2 玻璃由絕緣體變導(dǎo)體的簡易實驗裝置

2.2 實驗驗證過程

先將連接好的電路用萬用表檢測會發(fā)現(xiàn)：玻璃管在加熱之前萬用表指針為零，說明這時電路中沒有電流流過，玻璃管是絕緣體；在玻璃管加熱少于1min萬用表指針就有了擺動,說明電路中有了電流，這時被加熱的玻璃管就成了導(dǎo)體.

接著換用不同形狀的二極管、 電池(9V或3.6V)、火源(酒精燈或蠟燭)進行實驗.

觀察現(xiàn)象對比得出：電源電壓是電路中的決定因素，但發(fā)光二極管的選用也是主要的因素，報廢保險管作為實驗玻璃體易找且好連接，也充當(dāng)著電路中的開關(guān)，以上器材選擇恰當(dāng),用蠟燭作加熱源實驗也能很快成功.

3 結(jié)束語

運用實驗探究的科學(xué)方法設(shè)計并自制簡易實驗裝置，對通常情況下絕緣的玻璃在高溫下變成導(dǎo)體進行了實驗驗證，證實了絕緣體和導(dǎo)體之間沒有絕對的界限. 其創(chuàng)新點在于實驗設(shè)計選用電壓要求低且單向?qū)щ姷陌l(fā)光二極管是否發(fā)光作為判斷是否有電流流過的標(biāo)志，玻璃體利用報廢的保險管，因此電源可選3～9V的電池，加熱用蠟燭即可實驗成功. 實驗器材簡便易找，現(xiàn)象直觀.

[1] 人民教育出版社,課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心. 初中物理(第二冊) [M]. 北京：人民教育出版社,2003:52.

[2] 人民教育出版社,課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心. 義務(wù)教育教科書·物理(九年級全一冊)[M]. 北京;人民教育出版社,2013:34-35,64-65.

[3] 鄭圣雪. 玻璃絕緣體變成導(dǎo)體演示實驗的改進[J]. 教學(xué)儀器與實驗,2004,20(9):22-23.

[4] 楊玉淮. 玻璃由絕緣體變成導(dǎo)體的實驗探究[J]. 物理實驗,2007,27(6): 33-34.

[5] 張勤昌. 絕緣體變導(dǎo)體小實驗[EB/OL]. http://old.pep.com.cn/czwl/jszx/tbjx/tb9/tb8s6/sy6/201103/t20110304_1025475.htm,2011-03-04.