趣味靜電小實驗

寇 敏，吳 偉

(南京師范大學 教師教育學院，江蘇 南京 210023)

1 引 言

初中物理教師在靜電實驗的教學過程中通常選用皮毛、絲綢分別摩擦橡膠棒和玻璃棒并使之帶異種電荷，由于大部分學生在小學自然課堂中已經(jīng)見過該實驗，在初中物理課堂再現(xiàn)實驗并不能產(chǎn)生足夠的興趣，這不利于培養(yǎng)學生的探究學習能力. 此外，該實驗容易使學生產(chǎn)生只有摩擦才會產(chǎn)生靜電現(xiàn)象的錯誤前概念，這又會給學生以后的物理學習造成不必要的麻煩. 因此在靜電現(xiàn)象的教學實際中引入對學生而言新鮮的、非由摩擦引起的小實驗來展開探究式教學就很有必要. 本文將介紹3個趣味靜電小實驗.

2 小人踢球

2.1 實驗器材

鋁箔，唱片1張，玻璃瓶1個，毛皮1塊，鐵架臺1個，鐵板1塊，棉線1根(35 cm).

2.2 實驗步驟

1)用鋁箔制作形如踢足球的小人并固定在唱片的邊緣.

2)用毛料布摩擦該唱片后將其放置在干燥的玻璃杯上.

3)在距離小人約5 cm處放置鐵板，然后將鋁箔做成的小球用棉線懸掛在鐵架臺上，使小球位于鐵板和小人之間. 小球就會被小人“踢”向鐵盒并多次往返(圖1).

圖1 小人踢球

2.3 實驗原理

經(jīng)摩擦帶電的唱片將電荷轉(zhuǎn)移給鋁箔小人，由于帶電物體可以吸引輕小物體，帶電的小人就把小球吸引過來并使小球帶上與唱片同種電性的電荷，又由于同種電荷相互排斥，小球立即被小人“踢開”并撞擊在鐵板上，當小球與鐵板接觸，小球上的電荷立即被導入大地而呈電中性，繼而又能被小人再次吸引. 如此循環(huán)就出現(xiàn)了小人不斷踢球的實驗現(xiàn)象.

2.4 教學建議

該實驗可以在教師進行靜電現(xiàn)象的新課教學時作為問題情境貫穿課堂始終，為學生提供持續(xù)的學習興趣，激發(fā)并維持探究靜電現(xiàn)象的學習主動性. 相信無論是新課導入還是學科知識的應用檢測，該實驗都可以幫助教師完成對應的教學目標. 此外，干燥的實驗環(huán)境和器材是靜電實驗成功的保障. 方便起見，教師可以在實驗前用吹風機的高溫檔對將進行實驗的空間吹風并將實驗器材擦拭干燥，以下2個實驗亦同.

3 人體帶電

3.1 實驗器材

帶絕緣柄的銅板1塊，泡沫板2塊，保鮮袋1個，絲綢1塊，驗電羽1個，酒杯1個，白熾燈1個，一次性筷子1雙.

3.2 實驗步驟

1)將酒杯、白熾燈、一次性筷子依次如圖2所示裝配，放在實驗臺上.

2)實驗者1站立于1塊泡沫板上，右手持驗電羽. 左手指向水平放置的筷子的一端.

3)實驗者2把保鮮袋套在泡沫塑料板外，用絲綢摩擦保鮮袋使薄膜帶電，然后一手接觸銅板的表面，另一手持絕緣柄將銅板置于保鮮袋上，隨后將接觸銅板的手指移開并將銅板接觸實驗者1的右手.

4)多次重復步驟2)和3).

5)觀察實驗者1右手的驗電羽和白熾燈上筷子的運動情況. 驗電羽會逐漸張開(圖3)，而筷子會被吸引而轉(zhuǎn)動(圖2).

圖2 人體帶電之轉(zhuǎn)動的筷子

圖3 人體帶電之張開的驗電羽

3.3 實驗原理

絲綢與保鮮袋摩擦，使保鮮袋帶電. 當銅板置于保鮮袋上時，由于靜電感應，銅板下表面感應出相反電荷，上表面感應出相同電荷，用手觸摸銅板，人體與金屬板上表面的電荷經(jīng)人體流向大地，所以手撤離以后，銅板便帶上和保鮮袋相反的電荷. 雖然人體是導體，但由于實驗者1站在泡沫板上，泡沫板會阻止電荷流向大地，這樣人體就帶電了. 當銅板上的電荷順著人體流到驗電羽上時，驗電羽各繩之間帶同種電荷互相排斥就會張開，而帶電人體能吸引輕小物體，所以筷子也就因被人體吸引而發(fā)生轉(zhuǎn)動.

3.4 教學建議

該實驗既有摩擦起電又有感應起電，其中感應起電雖然不屬于初中物理課程標準中包含的教學內(nèi)容，但是屬于高中物理的教學內(nèi)容. 為了不在初中的物理教學過程中給學生造成“只有摩擦才能起電”的錯誤的前概念，有效避免高中物理教學中的困難，同時使學科知識體系相對完整地呈現(xiàn)給學生，教師有必要在相應章節(jié)的探究活動或校本課程中加入這樣“超標”卻既有趣又有意義的靜電小實驗.

4 神奇的保鮮膜

4.1 實驗器材

保鮮膜1卷，驗電羽1個，一次性筷子1雙，泡沫板1塊，氖泡1個.

4.2 實驗步驟

1)將酒杯、白熾燈、一次性筷子依次如圖6所示裝配，放在實驗臺上.

2)實驗者1先站在地上，實驗者2在實驗者1身上裹上保鮮膜.

3)實驗者1拿著驗電羽走上泡沫板.

4)實驗者2從實驗者1身上揭下保鮮膜(圖4)，觀察驗電羽和筷子的運動. 此時發(fā)現(xiàn)驗電羽張開(圖5)，而筷子則被吸引而發(fā)生轉(zhuǎn)動(圖6).

5)實驗者1將左手收回，實驗者2手持氖泡接觸實驗者1的左手手指. 觀察氖泡. 氖泡產(chǎn)生明顯的放電現(xiàn)象(圖7).

圖4 拆除保鮮膜

圖5 張開的驗電羽

圖6 被手指吸引轉(zhuǎn)動的筷子

圖7 發(fā)光的氖泡

4.3 實驗原理

人體站在泡沫板上會阻止電荷流向大地，而保鮮膜的原料聚乙烯是一種柔韌性良好的非極性材料，非常容易產(chǎn)生靜電. 從人體揭下保鮮膜后人體就會帶電，當電荷傳導到驗電羽上時，驗電羽會膨脹開；由于帶電人體還可以吸引輕小物體，一次性筷子也就被吸引而旋轉(zhuǎn)； 當帶電的實驗者1與站在地面的實驗者2之間通過小氖管連接的瞬間，實驗者1身上的電荷通過小氖管和實驗者2流向大地，其間形成的電流會就會使小氖管發(fā)光.

4.4 教學建議

該實驗的實驗現(xiàn)象和實驗2中部分實驗現(xiàn)象一致，但是摩擦起電的影子完全消失，可以進一步消除學生“只有摩擦才能起電”的錯誤前概念. 教師在探究活動或校本課程中與實驗2 同時使用，可以引起學生的學習和探究興趣，使物理課時得到延伸.

5 結(jié)束語

所謂“小實驗大智慧”，使用生活中常見的器材做些讓學生耳目一新的小實驗，不僅能引發(fā)學生的學習興趣，而且還能培養(yǎng)學生自主學習的能力和探究能力. 以上3個靜電小實驗取材常見、趣味濃重，同時又能避免初中生產(chǎn)生只有摩擦才能產(chǎn)生靜電現(xiàn)象的錯誤前概念，還能將比較完整的學科知識體系潛移默化地呈現(xiàn)給學生. 這在初中物理課堂中應是喜聞樂見的.

參考文獻：

[1] 漢斯·尤爾根·普雷斯. 游戲中的科學[M]. 王泰智，沈慧珠，譯. ?？冢汉Ｄ铣霭嫔?，2004.

[2] 閻金鐸，郭玉英. 中學物理教學概論[M]. 北京：高等教育出版社，2009:107-113.

[3] 劉炳升,馮容士. 中學物理實驗教學與自制教具[M]. 上海：上海教育出版社，2000:316-323.

[4] 周小燕. 中學物理教學法靜電演示實驗研究[J]. 物理實驗，2014,43(1)：15-18.