以實驗的方式打開“靜電”之門

王立峰 馮春海

摘要：初高中對靜電知識的介紹，一個側(cè)重現(xiàn)象，一個側(cè)重本質(zhì).初中階段，由于學生剛剛接觸電學，基礎(chǔ)知識儲備不夠，所以簡要介紹現(xiàn)象;而高中階段，經(jīng)過必修一、必修二的知識鋪墊，具備了深入探討的知識條件而開展對靜電現(xiàn)象的研究.

關(guān)鍵詞：帶電方式;電荷間的相互作用;尖端放電

初高中銜接，是指加強初高中在教學思想、教學內(nèi)容、教學方法、教學環(huán)境，以及對學生學習方法的指導(dǎo)、學習習慣培養(yǎng)等方面的教育銜接.初高中物理知識的遞進關(guān)系十分明顯，本文以“靜電”的相關(guān)內(nèi)容為例，談?wù)劤醺咧性诮虒W過程中有關(guān)“教學內(nèi)容”和“教學方法”的銜接.

1 初高中教材對比

1.1 初中教材

九年級物理第十五章第一節(jié)《兩種電荷》，通過學生生活中常見的現(xiàn)象，如塑料尺、塑料筆桿、塑料梳子與頭發(fā)摩擦會吸引紙屑和使頭發(fā)飄起，引出摩擦可以使物體帶電.接著又通過演示實驗，說明了自然界有兩種電荷，且存在相互作用.

關(guān)于靜電的介紹，僅限于“摩擦起電”及帶電物體具有“吸引輕小物體的性質(zhì)”，對物體的除摩擦以外的帶電方式，以及靜電現(xiàn)象應(yīng)用卻沒有涉及，且容易使學生誤以為靜電僅存在于絕緣體間.

1.2 高中教材

高中物理選修3 -1《靜電場》一章，著重講解了電荷間相互作用是通過電場來實現(xiàn)的，電荷在電場中不僅受力，且具有能量.具體表現(xiàn)為電場的力的性質(zhì)和能的性質(zhì).

學生通過本章的學習，掌握應(yīng)用力和能的觀點，分析和解決靜電問題.

初高中對靜電的介紹，一個側(cè)重現(xiàn)象，一個側(cè)重本質(zhì).初中階段，由于學生剛剛接觸電學，基礎(chǔ)知識儲備不夠，所以簡要介紹現(xiàn)象;而高中階段，經(jīng)過必修一、必修二的知識鋪墊，具備了深入探討的知識條件而開展對靜電現(xiàn)象的研究.

2 銜接課程的教學設(shè)計

通過對現(xiàn)象的觀察發(fā)現(xiàn)問題，借助于實驗探究的方法研究問題，運用科學的分析方法歸納和總結(jié)結(jié)論，是物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)的一般流程.鑒于初中學生的認知程度，筆者采用了幾個有學生參與的演示實驗，面向初中三年級，逐層深入地引導(dǎo)學生了解這部分內(nèi)容.

2.1 使物體帶電的方式——感應(yīng)帶電（如圖1）

器材：絲綢、玻璃棒、驗電器

操作：將絲綢摩擦過的玻璃棒靠近驗電器的金屬小球

原理：金屬桿中的自由電子在玻璃棒中正電荷的吸引下，移向頂端，使指針端帶上正電荷，兩指針在相互排斥力作用下張開

結(jié)論：帶電體靠近不帶電導(dǎo)體一端時，會在導(dǎo)體兩端感應(yīng)出等量異號電荷

2.2 電荷間的相互作用

2. 2.1 玻璃棒吸引泡沫小球（如圖2）

器材：絲綢、玻璃捧、泡沫小球

操作：將絲綢摩擦過的玻璃棒靠近泡沫小球

原理：泡沫小球中的分子在玻璃棒中正電荷的作用下發(fā)生了極化現(xiàn)象

結(jié)論：帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)

2.2.2 玻璃棒吸引金屬桿（如圖3）

器材：絲綢、玻璃棒、圓頂支撐物、金屬細桿

操作：將絲綢摩擦過的玻璃棒靠近置于支撐物上的金屬桿

原理：由于金屬桿發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使靠近玻璃棒的一端出現(xiàn)了負電荷，在正電荷的吸引力作用下而發(fā)生轉(zhuǎn)動

結(jié)論：帶電體對金屬有吸引作用

2.2.3 靜電乒乓球（如圖4）

器材：支架、貼有鋁膜的輕質(zhì)小球、細線、兩塊金屬板、手搖感應(yīng)起電機

操作：將小球用細線懸掛置于兩金屬板間，并將兩金屬板與起電機的兩極相連，搖動起電機手柄

原理：兩金屬板帶電后，在小球的兩個側(cè)面感應(yīng)出等量異號電荷，在吸引力作用下與某一側(cè)金屬板接觸，中和后，會帶上與其相同電性的電荷，再在電場力作用下運動至另一金屬板

2.3 電荷及電場能的存儲

2.3.1 自制萊頓瓶：用感應(yīng)起電機充電，請學生參與電擊實驗，感受電荷的存儲（如圖5）

制作：在礦泉水瓶的外部貼上鋁膜，內(nèi)部裝入自來水，從內(nèi)部引出一金屬桿，與鋁膜分別構(gòu)成電容器的兩極

操作：將兩極與手搖感應(yīng)起電機相連，充好電后讓學生觸摸兩極

結(jié)論：分離的正負電荷是可以存儲起來的

2.3.2 用于電池對電容器充電后，將其與石英表連接，觀察指針轉(zhuǎn)動，說明存儲電荷的同時，也存儲了電能（如圖6）

器材：石英表、干電池兩節(jié)、導(dǎo)線、電容器

操作：用于電池對電容器充電，然后將電容器與石英表連接，指針會轉(zhuǎn)動

結(jié)論：電容器在存儲電荷的同時，也存儲電能

2.4 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用——尖端放電

原理：靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，電荷分布在導(dǎo)體的外表面.由于靜電斥力的作用，導(dǎo)體外表面凸出的地方電荷的面密度大，越是尖銳的地方電荷越集中.這些尖銳位置附近空間的電場強度就很強，周圍氣體被強大的電場電離而形成離子，如果附近再有帶相反電荷的導(dǎo)體，這些離子就會在電場力的作用下運動起來，形成尖端放電.

2.4.1 靜電風吹蠟燭（如圖7）

2.4.2 靜電轉(zhuǎn)盤實驗（如圖8）

2.4.3 避雷針（如圖9）

2.4.4 靜電除塵（如圖10）

3 課堂效果

這是一節(jié)面向初三學生的教學延伸課，其主要目的是通過演示實驗激發(fā)學生對靜電學的興趣，同時向?qū)W生展示高中物理有關(guān)靜電部分的知識，及其在現(xiàn)實生活中的重要應(yīng)用.通過本節(jié)課的學習，增強了學生對靜電學的興趣和對高中物理學習的向往.

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