“電荷間相互作用”演示實(shí)驗(yàn)的探究和改進(jìn)

對(duì)于初中八年級(jí)物理第一冊(cè)第五章中“電荷間相互作用”的演示實(shí)驗(yàn)，多年來(lái)，許多同仁對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，并提出了實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，如懸掛的細(xì)線用多股還是單股或用多細(xì)的銅絲才能避免懸掛的帶電體不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)此，筆者經(jīng)過(guò)多年的研究，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

一、實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

教科書(shū)中的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，原實(shí)驗(yàn)是用細(xì)繩（細(xì)線）將帶電體（玻璃棒或橡膠棒）懸掛起來(lái)。

圖1實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)懸掛著的帶電體不論是有風(fēng)無(wú)風(fēng)的情況下都是在水平方向不停地自由轉(zhuǎn)動(dòng)。等到反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)時(shí)也不停地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這可能是細(xì)線的扭曲作用。我們先用單股棉線來(lái)做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果還是一樣，改用細(xì)銅絲實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)效果稍好，但懸掛的帶電體仍不停地水平轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)裝置靈敏度很低，教師很難讓學(xué)生觀察到帶電體是否已經(jīng)被吸引或被排斥的明顯現(xiàn)象，同時(shí)被懸掛的帶電體被吸引或被排斥過(guò)程中，由于慣性也很難使它停止偏轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度差，信服率低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使演示無(wú)法進(jìn)行，增大了實(shí)驗(yàn)的操作難度。

二、解決實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

圖2針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我們將原來(lái)的懸掛法改為成等臂杠桿形式，把帶電體放在支架的頂針軸上，如圖2所示。由于支架與頂針軸之間存在著摩擦作用，就能解決了懸掛法中被懸掛的帶電體不停自由轉(zhuǎn)動(dòng)和由于慣性不能停止轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題。

三、實(shí)驗(yàn)儀器制作與實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

1.支架的制作

在廢舊鋁合金（規(guī)格寬度12～15mm）上割切長(zhǎng)度為150mm的鋁片兩塊，制成如圖3所示的裝置，并按圖中的位置鉆五個(gè)小孔，在A處用鋼釘扎一個(gè)小坑，用橫截面積6mm2的鋁線芯把兩塊鋁片鉚在一起，再放在頂針軸（可用指南針支架）上調(diào)試使其在水平位置平衡。

圖32.實(shí)驗(yàn)裝置與演示

（1）如果空氣濕度過(guò)大，在實(shí)驗(yàn)前先將玻璃棒、橡膠棒、絲綢、毛皮等放入自制的烘干箱的上層（烘干箱可以用體積355mm×263mm×232mm的紙箱做成上下兩層，下層裝一個(gè)PZ220V，25W的白熾燈，燈泡功率不宜過(guò)高，因溫度過(guò)高會(huì)使玻璃棒也會(huì)帶負(fù)電）烘干5分鐘左右。

圖4（2）如圖4所示進(jìn)行演示，用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒（或絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒）放置在支架的頂針軸上且調(diào)節(jié)其水平方向平衡，再用毛皮摩擦過(guò)的另一橡膠棒（或絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒）靠近支架上的橡膠棒（或玻璃棒），讓學(xué)生觀察發(fā)生的現(xiàn)象——兩帶電體相互排斥。

（3）把毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒放置在支架的頂針軸上再用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒靠近支架上的橡膠棒，讓學(xué)生觀察發(fā)生的現(xiàn)象——兩帶電體相互吸引。

對(duì)“電荷間相互作用”實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)后兩帶電體相互吸引還是相互排斥的過(guò)程中控制得靈活自如，想使放在支架頂針軸上的帶電體順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)就順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)，當(dāng)手拿的帶電體一離開(kāi)支架上的帶電體它就立即停止下來(lái)。這樣大大增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性，活躍了課堂氣氛，給學(xué)生的印象很深，有效地提高了實(shí)驗(yàn)的觀察效果、教學(xué)效果和信服率，有力地說(shuō)明了“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”。

綜上可知，采用等臂杠桿形式法比懸掛法好，它實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)度高，演示效果更科學(xué)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作我們發(fā)現(xiàn)了新問(wèn)題，進(jìn)行了新思考、并對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，這是是一種創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)的過(guò)程中，學(xué)生領(lǐng)略和體驗(yàn)到了物理實(shí)驗(yàn)的重要性。

（責(zé)任編輯黃春香）