淺析物理教學(xué)中一物多用之鋁箔篇

江蘇省高郵第一中學(xué)(225600) 于 淼

物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)掌握科學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的主要途徑，很多教師會(huì)巧妙地利用生活中的器材設(shè)計(jì)出各種有利于課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)器材，不僅增添了課堂的趣味性，而且也貼近學(xué)生生活實(shí)際。為了充分發(fā)揮鋁箔在物理教學(xué)中的作用，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)際利用鋁箔設(shè)計(jì)了8個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，以供參考。

1 研究電容器

電容器是生活中常見(jiàn)的電子元件，在各種電子器材中都會(huì)用到，筆者利用鋁箔設(shè)計(jì)了3個(gè)簡(jiǎn)易電容器，使學(xué)生更好地理解電容器。

1.1 利用鋁箔研究簡(jiǎn)易圓桶電容器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)器材

大小不同的可樂(lè)瓶2個(gè)、鋁箔、剪刀、電容表、發(fā)光二極管、起電機(jī)等。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖1所示，用剪刀把大可樂(lè)瓶瓶口部分剪掉，分別用鋁箔將2個(gè)可樂(lè)瓶包住，將小可樂(lè)瓶放入大可樂(lè)瓶中。這時(shí)用電容表可以測(cè)得電容的讀數(shù)(數(shù)字電容表可以很容易讀出電容器的電容)。①當(dāng)把小可樂(lè)瓶向上提時(shí)，觀察到電容表讀數(shù)變小；②若將不同的介質(zhì)(如玻璃杯、陶瓷杯)放到2個(gè)可樂(lè)瓶之間，電容表讀數(shù)也變大；③若減小2個(gè)可樂(lè)瓶的距離，電容表讀數(shù)也變大；④若用起電機(jī)給圓桶電容器充電后，讓一位學(xué)生用手同時(shí)觸摸2個(gè)可樂(lè)瓶的鋁箔時(shí)，有被電擊的感覺(jué)；⑤若充電后將發(fā)光二極管接到2個(gè)可樂(lè)瓶的鋁箔上，二極管會(huì)亮一下(如果不亮，換一下二極管的極性，因?yàn)槎O管具有單向?qū)щ娦?。

圖1 簡(jiǎn)易圓桶電容器

1.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

兩個(gè)鋁箔裹住可樂(lè)瓶可以形成簡(jiǎn)單的圓桶電容器。①圓桶電容器的電容與正對(duì)面積有關(guān)：正對(duì)面積越大，電容越大；②電容與介質(zhì)的介電常量有關(guān)：介電常量越大，電容越大；③電容與距離有關(guān)：距離越近，電容越大；④電容器帶電后，用手同時(shí)觸摸鋁箔時(shí)電容器會(huì)放電，所以會(huì)被電擊；⑤因?yàn)殡娙萜鞣烹姇r(shí)有電流通過(guò)二極管，所以二極管會(huì)亮，當(dāng)電放完后，二極管就會(huì)熄滅。

1.2 利用鋁箔研究簡(jiǎn)易平行板電容器

1.2.1 實(shí)驗(yàn)器材

泡沫板2塊(20 cm×20 cm)、鋁箔、剪刀、電容表、雙面膠等。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖2所示，用雙面膠把鋁板固定到泡沫板上，平行放置(相距約3 cm)，并用導(dǎo)線連到電容表上(數(shù)字電容表可以很容易讀出電容器的電容)，讀出此時(shí)電容的大小。①若改變兩板之間的距離，電容表讀數(shù)會(huì)變化(距離變大時(shí)讀數(shù)變小，距離變小時(shí)讀數(shù)變大)；②若提起其中一個(gè)泡沫板改變正對(duì)面積，電容表讀數(shù)也會(huì)變化(正對(duì)面積減小時(shí)讀數(shù)變小，正對(duì)面積增大時(shí)讀數(shù)變大)；③在兩板中插入不同介質(zhì)時(shí)(如玻璃板或陶瓷板)，電容表讀數(shù)變大。

圖2 簡(jiǎn)易平行板電容器

1.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)是探究平行板電容器與兩板間的距離、正對(duì)面積和介質(zhì)的介電常量的關(guān)系。①距離變大時(shí)讀數(shù)變小即電容變小，距離變小時(shí)讀數(shù)變大即電容變大；②正對(duì)面積減小時(shí)讀數(shù)變小即電容變小，正對(duì)面積增大時(shí)讀數(shù)變大即電容變大；③在兩板中插入玻璃板或陶瓷板時(shí)讀數(shù)變大即電容變大。因?yàn)槠叫邪咫娙萜鞯碾娙菖c板間距離成反比，與介電常量、正對(duì)面積成正比，所以保持其他條件不變而改變其中一個(gè)量時(shí)，電容都會(huì)發(fā)生變化。

1.3 利用鋁箔研究簡(jiǎn)易可變電容器

1.3.1 實(shí)驗(yàn)器材

泡沫板2塊(20 cm×20 cm)、鋁箔、剪刀、電容表、雙面膠、圓木棒等。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖3所示，將泡沫板剪成扇形，用雙面膠把鋁箔(鋁箔也剪成扇形)貼到泡沫板上。再用圓木棒將2片扇形串好(2片扇形正對(duì)，相距約2 cm)，使泡沫板能繞圓木棒轉(zhuǎn)動(dòng)。用導(dǎo)線將兩鋁箔連到電容表上，讀出此時(shí)的電容值。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)葉片時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)讀數(shù)變小，且正對(duì)面積越小，讀數(shù)越小。

圖3 簡(jiǎn)易可變電容器

1.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)是可變電容的模型，可通過(guò)串聯(lián)更多的葉片來(lái)增大電容器的最大值。當(dāng)正對(duì)面積減小時(shí)，電容減小，說(shuō)明可變電容器的電容與正對(duì)面積有關(guān)，可變電容器就是通過(guò)改變正對(duì)面積來(lái)改變電容的。

以上3個(gè)實(shí)驗(yàn)中利用電容表代替教科書中的靜電計(jì)，是因?yàn)槔秒娙荼碜鰧?shí)驗(yàn)可以忽略天氣的影響，而靜電計(jì)只能在天氣干燥時(shí)使用，實(shí)驗(yàn)效果才明顯。

2 研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象

2.1 現(xiàn)象一

2.1.1 實(shí)驗(yàn)器材

電磁爐、鋁箔、紙筒、剪刀。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖4所示，利用剪刀將鋁箔剪成正方型并將中間剪掉一個(gè)比紙筒略大的圓。 將紙筒放到電磁爐上，再將鋁箔套在紙筒上，通電之前鋁箔緊貼在電磁爐上，在電磁爐通電后發(fā)現(xiàn)鋁箔飄起來(lái)。

圖4 電磁感應(yīng)現(xiàn)象一

2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

當(dāng)電磁爐通交流電以后，電磁爐就會(huì)產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，導(dǎo)致鋁箔中的磁通量發(fā)生改變，會(huì)在鋁箔中產(chǎn)生渦流，渦流在電磁爐線圈的磁場(chǎng)中受到安培力，且安培力向上，所以鋁箔會(huì)浮起來(lái)。

2.2 現(xiàn)象二

2.2.1 實(shí)驗(yàn)器材

鋁箔、強(qiáng)磁鐵、水、水盆、剪刀。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖5所示，用剪刀把鋁箔剪成圓形，在水盆中放入適量的水，讓鋁箔片漂在水面上，用強(qiáng)磁鐵其中一極靠近鋁箔片并快速的移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)鋁箔片會(huì)隨著磁鐵移動(dòng)，從而可以控制鋁箔片的運(yùn)動(dòng)。

圖5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象二

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

磁鐵快速移動(dòng)時(shí)，鋁箔片內(nèi)的磁通量快速地發(fā)生改變，在鋁箔片中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，而感應(yīng)電流會(huì)阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以鋁箔片會(huì)隨著磁鐵運(yùn)動(dòng)。

3 研究靜電跳球

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

起電機(jī)、鋁箔、乒乓球、剪刀、支架、2塊平行金屬板、導(dǎo)線、細(xì)線。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖6所示，將細(xì)線把用鋁箔包裹的乒乓球掛在支架上，放到兩塊平行金屬板之間(靠近其中一個(gè)金屬板)，用導(dǎo)線將2塊金屬板與起電機(jī)的2極相連。搖動(dòng)起電機(jī)后，鋁箔球就會(huì)在2個(gè)金屬板之間來(lái)回?cái)[動(dòng)。

圖6 靜電跳球

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

鋁箔球在2塊金屬板形成的電場(chǎng)中感應(yīng)起電，由于鋁箔球的靠近金屬板一端的電場(chǎng)力大，所以鋁箔球就會(huì)向靠近的金屬板運(yùn)動(dòng)。當(dāng)與金屬板接觸后鋁箔球就被先中和后再帶上與金屬板相同的電荷，從而被排斥向另一塊金屬板運(yùn)動(dòng)。鋁箔所帶電荷再次被中和后，帶上與金屬板相同的電荷又被排斥。這樣鋁箔球就會(huì)在2塊金屬板之間來(lái)回?cái)[動(dòng)。

4 研究安培力

4.1 實(shí)驗(yàn)器材

鋁箔、飲料管、強(qiáng)磁鐵、支架、細(xì)導(dǎo)線、電源。

4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖7所示，將鋁箔裹在飲料管上做成鋁箔管(長(zhǎng)15 cm左右)，用細(xì)導(dǎo)線連接到鋁箔管兩邊再掛在支架并連到直流電源上，將強(qiáng)磁鐵放到鋁箔管的正下方并使其中一個(gè)磁極向上。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)使鋁箔管通電(為安全起見(jiàn)電流小于1 A)，可以看到鋁箔管偏離原來(lái)位置，使細(xì)導(dǎo)線與豎直方向有一個(gè)夾角，電流越大，偏角越大。改變電流方向，鋁箔管向反方向偏離。

圖7 研究安培力

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到安培力，所以鋁箔管通電后在磁場(chǎng)中會(huì)偏離原來(lái)位置，電流越大，安培力越大，偏角就越大。改變電流的方向，安培力的方向發(fā)生改變，所以鋁箔管的偏離方向發(fā)生改變。鋁箔管的質(zhì)量小，在安培力不大時(shí)也會(huì)偏離很大，所以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯，效果很好。

5 研究靜電屏蔽

5.1 實(shí)驗(yàn)器材

起電機(jī)、鋁箔、剪刀、導(dǎo)線、驗(yàn)電器、絕緣支架。

5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖8所示，用鋁箔做成一個(gè)鋁箔罩(鋁箔罩下面是空的，驗(yàn)電器要全部放入鋁箔罩中)，固定在絕緣支架上并與起電機(jī)的一極相連。若將驗(yàn)電器放到鋁箔罩里但不與鋁箔罩內(nèi)側(cè)接觸，搖動(dòng)起電機(jī)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的箔片不張開(kāi)，若驗(yàn)電器放在鋁箔罩外側(cè)，搖動(dòng)起電機(jī)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的箔片張開(kāi)。

圖8 研究靜電屏蔽

5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

驗(yàn)電器在鋁箔罩外側(cè)時(shí)箔片張開(kāi)，因?yàn)殇X箔罩外側(cè)帶電。驗(yàn)電器在鋁箔罩內(nèi)側(cè)時(shí)驗(yàn)電器的箔片不張開(kāi)，說(shuō)明鋁箔罩內(nèi)側(cè)不帶電。鋁箔罩外側(cè)帶電內(nèi)側(cè)不帶電，這就是靜電屏蔽現(xiàn)象。

用鋁箔將手機(jī)包裹起來(lái)，用另外一個(gè)手機(jī)撥打被包裹手機(jī)時(shí)，提示音是“您撥打的手機(jī)無(wú)法接通”，說(shuō)明鋁箔能夠屏蔽電磁波。

筆者利用鋁箔設(shè)計(jì)了8個(gè)有趣的低成本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)(前3個(gè)電容實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)電容器有了很好地理解)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。所以物理教師應(yīng)該利用生活中隨手可得的物品來(lái)設(shè)計(jì)出更多有趣的創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)為自己的教學(xué)服務(wù)，更好地提高課堂效率。