靜電場(chǎng)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)的實(shí)例教學(xué)

頓中萬(wàn)

引言：大學(xué)物理在長(zhǎng)期的教學(xué)中一味的重視理論講解而忽略用案例分析的方式教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中很難體驗(yàn)到學(xué)習(xí)物理的興趣，所以針對(duì)目前的大學(xué)物理教學(xué)改革，有必要根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)用事例分析來(lái)講解，使物理這門課程具有實(shí)用性和可操作性。

關(guān)鍵詞：專業(yè)特點(diǎn)；實(shí)例教學(xué)；靜電場(chǎng)；教學(xué)改革

我們知道任何物質(zhì)都是由原子組合而成，而原子的基本結(jié)構(gòu)為質(zhì)子、中子及電子?？茖W(xué)家們將質(zhì)子定義為正電，中子不帶電，電子帶負(fù)電。在正常狀況下，一個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同，正負(fù)電平衡，所以對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是由于外界作用如摩擦或以各種能量（如動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能等）的形式作用會(huì)使原子的正負(fù)電不平衡。在日常生活中所說(shuō)的摩擦實(shí)質(zhì)上就是一種不斷接觸與分離的過(guò)程。有些情況下不摩擦也能產(chǎn)生靜電，如感應(yīng)靜電起電，熱電和壓電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體只要接觸后分離就能產(chǎn)生靜電，流動(dòng)的空氣當(dāng)然能產(chǎn)生靜電。為什么流動(dòng)空氣會(huì)產(chǎn)生靜電呢？因?yàn)榭諝庖彩怯稍咏M合而成，所以可以這么說(shuō)，在人們生活的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都有可能產(chǎn)生靜電，在介紹靜電產(chǎn)生的原理過(guò)程學(xué)生對(duì)這樣比較抽象缺乏實(shí)物佐證的理論表現(xiàn)出比較乏味的心理，所以在教學(xué)中我們需要結(jié)合這章內(nèi)容與信息專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)例分析，讓原本單調(diào)的知識(shí)顯得生動(dòng)。我們可以通過(guò)以下幾個(gè)事例來(lái)分析。

一、靜電分離

靜電分離方法可用于粒狀混合物的靜電分離，例如，從礦石中除去石粒；從大米等糧食中清除雜物。靜電噴漆可方便地對(duì)龐然大物，例如火車車箱、集裝箱進(jìn)行快速有效噴漆。此外，靜電植絨技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。

1.靜電除塵器

靜電分離方法的重要而廣泛的應(yīng)用之一就是靜電除塵。它使灰塵污染嚴(yán)重的地區(qū)（例如水泥廠、礦石加工場(chǎng)以及燃煤發(fā)電廠）周圍的空氣凈化。

靜電除塵器的基本結(jié)構(gòu)如下：豎直安置的金屬管中央，懸掛一根金屬細(xì)絲，金屬絲與管壁之間施加一個(gè)數(shù)值很大的負(fù)電壓，于是在管內(nèi)空間中，建立起不均勻的電場(chǎng)分布?？拷饘俳z的地方，場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到很高的數(shù)值，足以使空氣中性分子發(fā)生電擊穿，而形成大量的“自由”電子和正離子，其中“自由”電子被電場(chǎng)驅(qū)趕向管壁運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，吸附金屬管內(nèi)氣體中的氧分子而形成負(fù)氧離子，負(fù)氧離子與正在沿金屬管上升的臟氣體相遇，臟氣體中所夾雜的微粒，因捕捉負(fù)氧離子而帶電，因而被電場(chǎng)推向管壁。如果有害的微粒是固態(tài)，那么它們被定期地從管壁上搖落下來(lái)，進(jìn)入收集袋；如果有害的物質(zhì)是液體， 則沿管壁流下來(lái)，進(jìn)入收集罐。于是臟氣體被凈化后，經(jīng)金屬管右上端的管口排出。氣體經(jīng)一次凈化后還可再次凈化，以達(dá)到規(guī)定凈化標(biāo)準(zhǔn)。

二、靜電計(jì)

如圖2 （a）所示，在金屬球B的下端，裝一只可偏轉(zhuǎn)的指針P，以及顯示指針偏轉(zhuǎn)角度的弧形標(biāo)尺，便組成一臺(tái)簡(jiǎn)易靜電計(jì)。此外，為了消除外界電場(chǎng)對(duì)靜電計(jì)的干擾，靜電計(jì)的外殼S用金屬制成，并且在外殼上，還裝有玻璃窗，以便觀察指針讀數(shù)。靜電計(jì)的金屬指針P與外殼S可看作是一個(gè)電容很小的電容器C0，將待測(cè)電壓接在指針P與殼S之間，如圖 （b）所示，因總電容為C總=C0+C=C。于是，可認(rèn)為接上靜電計(jì)后不影響原來(lái)電壓UBS，由于C0與C并聯(lián)，因而靜電計(jì)兩端電壓也是UBS，又因?yàn)殪o電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度隨電量Q0而變，而Q0=CUBS，于是，指針偏轉(zhuǎn)角隨UBS而變。依據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)角就可得知B與S之間的電壓。若靜電計(jì)指針接導(dǎo)體，外殼接地，則可由靜電計(jì)測(cè)導(dǎo)體電勢(shì)。此外，靜電計(jì)也可用來(lái)測(cè)量電量。為了提高靜電計(jì)測(cè)量的精度，可采用絕對(duì)靜電計(jì)或象限靜電計(jì)。

三、結(jié)論

在日常生活中，我們用梳子在理頭發(fā)的時(shí)候，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)毛發(fā)在高壓靜電場(chǎng)力的作用下形成射線狀。我們?cè)诿刻煲雇砻撘路臅r(shí)候，也常常會(huì)發(fā)現(xiàn)一種閃光效應(yīng)和劈了啪啦的閃光聲響。這就是我們常說(shuō)的“電”現(xiàn)象。有很多種物體在運(yùn)動(dòng)中，都可生成兩邊的端點(diǎn)帶有正負(fù)電荷的電場(chǎng)效應(yīng)，當(dāng)電荷量聚集達(dá)到數(shù)萬(wàn)伏的高壓時(shí)，它就會(huì)向四周的其它物體產(chǎn)生電荷放電，這就是物體的摩擦起電狀態(tài)。

靜電現(xiàn)象包括許多大自然例子，像塑膠袋與手之間的吸引、似乎是自發(fā)性的谷倉(cāng)爆炸、在制造過(guò)程中電子元件的損毀、影印機(jī)的運(yùn)作原理等等。當(dāng)一個(gè)物體的表面接觸到其它表面時(shí)，電荷集結(jié)于這物體表面成為靜電。雖然電荷交換是因?yàn)閮蓚€(gè)表面的接觸和分開(kāi)而產(chǎn)生的，只有當(dāng)其中一個(gè)表面的電阻很高時(shí)，電流變的很小，電荷交換的效應(yīng)才會(huì)被注意到。因?yàn)椋姾蓵?huì)被入陷于那表面，在那里度過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間，足夠讓這效應(yīng)被觀察到的一段時(shí)間。通過(guò)在上課過(guò)程中用實(shí)例分析，學(xué)生知道了和我們?nèi)粘Ｉ钪械撵o電現(xiàn)象的工作原理和機(jī)能，也明白了大學(xué)物理這門課程可以解釋我們生活中各種各樣的現(xiàn)象，擴(kuò)大了學(xué)生的視野也讓這門課程開(kāi)始深受學(xué)生的喜愛(ài)，對(duì)大學(xué)物理的教學(xué)起到和好的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]何麗娟， 盧鑫. 大學(xué)物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J]. 教育探索，2005（2）：55-56.

[2]陳明通， 翟秀云. 大學(xué)物理教學(xué)方法與教學(xué)手段的探討[J]. 教育探索，2007（12）：64-65

[3]余新年.大學(xué)生學(xué)習(xí)信念問(wèn)卷編制、現(xiàn)狀調(diào)查及其學(xué)習(xí)策略研究[ D] .蘇州：蘇州大學(xué)， 2008 .

[4]謝和平. 綜合性大學(xué)的學(xué)科交叉融合與新跨越[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué)， 2004（09）： 01-03.