新課程下靜電實(shí)驗(yàn)的探究

林漢聰

摘 要：物理學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，在新課程背景下對(duì)物理教師的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽诵乱?，筆者通過結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)際，就接觸起電和感應(yīng)起電做了改進(jìn)，達(dá)到很好的演示效果。

關(guān)鍵詞：靜電實(shí)驗(yàn)；摩擦起電；感應(yīng)起電；改進(jìn)

物理學(xué)是以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，它的規(guī)律都是通過對(duì)生活中的一些現(xiàn)象觀察和在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，認(rèn)真思考總結(jié)得來的。而高中物理學(xué)科更是對(duì)老師和學(xué)生的能力考查的重要學(xué)科，如果我們不重視學(xué)科的特點(diǎn)，而是一味地強(qiáng)調(diào)書本的文字知識(shí)，將會(huì)嚴(yán)重制約學(xué)生的思維發(fā)展，影響學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。由此可見物理實(shí)驗(yàn)極其重要，而創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)更是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣的重要途徑，在這里，本人就高中物理實(shí)驗(yàn)中比較難做的靜電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些探究。

靜電是物體表面過?；虿蛔愕撵o止電荷。靜電是一種電能，它留存在物體表面；靜電是正電荷和負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果；靜電是通過電子或離子的轉(zhuǎn)移而形成的。靜電的三大特點(diǎn)：（1）電壓高；（2）靜電感應(yīng)突出；（3）尖端放電現(xiàn)象嚴(yán)重。故在很多時(shí)候很難做成明顯的靜電實(shí)驗(yàn)，下面本人從起電的方式方面進(jìn)行有關(guān)的改進(jìn)，具體如下：

一、摩擦起電

由于不同物質(zhì)的原子核對(duì)核外電子的束縛能力不同，當(dāng)兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r，哪個(gè)物體的原子核對(duì)核外電子的束縛本領(lǐng)弱，它的一些電子就會(huì)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，失去電子的物體帶正電，得到電子的物體由于帶有多余的電子而帶負(fù)電。所以，平時(shí)我們做的摩擦起電，如用絲綢摩擦玻璃棒或毛皮摩擦橡膠棒（如下圖），經(jīng)常由于玻璃棒和橡膠棒不易保持電荷而很難觀察到明顯的現(xiàn)象，并且書本上用帶電的橡膠棒吸引輕紙屑演示時(shí)學(xué)生看不清楚，趣味性不強(qiáng)。

在此，本人經(jīng)過一番研究和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用平時(shí)我們喝飲料的吸管做靜電實(shí)驗(yàn)比較明顯，并且效果很好，學(xué)生非常感興趣，具體如下：先準(zhǔn)備幾根吸管，可以整根，也可以用剪刀剪成幾段，注意要干燥的，不要吸了飲料再使用，然后把吸管在自己的頭發(fā)上來回摩擦幾次，再輕輕貼著墻壁放上去，就會(huì)看到摩擦過的吸管貼在墻壁而不掉下來的神奇現(xiàn)象了，如果需要不同的吸管拼圖，可以用剪刀剪好長度，后按上面的方法把吸管摩擦頭發(fā)再放上去就行了（如下圖）。

究竟是什么原因使得其如此神奇呢？其實(shí)這也是摩擦起電的一種方式，吸管摩擦頭發(fā)由于得到多余的電子而帶負(fù)電，而墻壁上有很多微小的小顆粒，類似小碎紙，可以引起帶電體的吸引。而根據(jù)牛頓第三定律，它們也會(huì)吸引帶電的吸管，因此帶電的吸管就這樣能緊貼在墻上了。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)中用薄膜袋來代替吸管也會(huì)取得很理想的效果。

二、感應(yīng)起電

感應(yīng)起電是當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，即發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象的條件是帶電體靠近導(dǎo)體。其實(shí)質(zhì)是在導(dǎo)體上的電賀作用下，另一導(dǎo)體的正，負(fù)電荷發(fā)生了分離，是電荷從倒替的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分，異性相吸，所以靠近帶電導(dǎo)體的那一端應(yīng)該與帶電導(dǎo)體帶異種電。如書本所示：取一對(duì)用絕緣柱支持的金屬導(dǎo)體A和B，導(dǎo)體上都貼有金屬箔，讓A和B彼此接觸，這時(shí)A和B上的金屬箔閉合，表示它們都沒有帶電。把另一個(gè)帶正電的金屬球C移近導(dǎo)體A，這時(shí)A，B上的金屬箔都張開了，表示它們都帶了電。實(shí)驗(yàn)表明，靠近C的導(dǎo)體A帶的電荷與C異號(hào)。遠(yuǎn)離C的導(dǎo)體B帶的電荷與C同號(hào)。將AB導(dǎo)體分開，A和B帶有等量異種電荷。AB導(dǎo)體分開后，金屬箔由于帶有同種電荷，繼續(xù)保持張開。

這種起電方式叫感應(yīng)起電，理論很簡單，但要想在課堂上作為演示實(shí)驗(yàn)來做并成功，不見得是件容易的事情，原因是這絕緣要求非常高，包括空氣中的電荷中和都要考慮，并且A，B所帶電荷很少，檢測(cè)比較困難，所以很難用在教學(xué)上演示，在這里，我把實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)，并且取得了很好的效果，如下：開爾文滴水起電機(jī)。

開爾文滴水發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示：在貯水漏斗下用三通管把水路分為左右兩支，由接在管口的注射針頭流出，金屬容器1、金屬容器2都放在絕緣的石蠟塊上，圓環(huán)1與容器2用金屬桿聯(lián)結(jié)在一起，圓環(huán)2與容器1也用金屬桿聯(lián)結(jié)在一起。兩容器放置的位置正好使兩圓環(huán)的軸線在針頭的正下方。打開閥門1、2，可見水從兩側(cè)的注射針頭流出，沿直線穿過金屬環(huán)流到金屬盆中。一會(huì)兒后，兩側(cè)的水流變?yōu)榧?xì)小的水滴，并向四面散開，在接近金屬盆處向上翻起，與金屬盆1相連的驗(yàn)電羽張開。

下面簡單地介紹這種起電機(jī)的原理：當(dāng)水從注射針頭流出時(shí)，總有一些帶電的水滴流出，假定在某一時(shí)刻有帶正電荷的水滴從左側(cè)流下，流到金屬盆2中，使盆帶微量的正電荷，由于金屬盆2與金屬環(huán)1相連，所以金屬環(huán)1也帶正電荷，它將對(duì)右側(cè)的針頭感應(yīng)，使右側(cè)的水流帶負(fù)電荷，流到金屬盆1中，就使盆1帶負(fù)電，又由于金屬盆1與金屬環(huán)2相連，所以金屬環(huán)2就帶了負(fù)電荷，它又感應(yīng)使左側(cè)的水流帶正電荷。這一過程是一個(gè)正反饋的過程，一旦出現(xiàn)帶電的水滴，就會(huì)使以后的過程保持其帶電種類的記憶性，因此就會(huì)使兩盆的電荷相異，并且電量越來越多，于是出現(xiàn)上述的現(xiàn)象。同樣用電筆通過觀察氖管的發(fā)光也能檢驗(yàn)各導(dǎo)體部分帶電的種類。需要注意的是，上面的實(shí)驗(yàn)要想取得成功，絕緣和防尖端放電是關(guān)鍵，所以金屬盤下面的絕緣塊我用的是很厚的石蠟塊，厚度不低于三厘米，太薄實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證漏電嚴(yán)重，無法觀察到起電現(xiàn)象。

三、接觸起電

又稱接觸-分離起電。接觸起電是最廣泛的靜電起電方式之一。接觸起電是指異質(zhì)材料互相接觸，由于材料的功函數(shù)不同，當(dāng)兩種材料之間的距離接近原子級(jí)別時(shí)（約25埃），會(huì)在接觸的兩個(gè)表面上產(chǎn)生電荷，從而形成帶電體的現(xiàn)象。接觸起電，包括固-固接觸起電、固-液接觸起電、固-氣接觸起電等。這個(gè)比較簡單，在這里就不做介紹了。

以上是我在長期的教學(xué)工作中對(duì)靜電實(shí)驗(yàn)的一些探討，闡述得不對(duì)的地方請(qǐng)各位專家、同行批評(píng)指正，以便更好地做好新課程下的高中物理靜電實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

1.Kelvin？搖water？搖dropper.維基百科.

2.陳熙謀，吳祖仁.物理（選修）3-1.教育科學(xué)出版社，2013.03：4-6.

（作者單位：廣西藤縣第一中學(xué)）