轉(zhuǎn)換思維 巧妙檢驗導體和絕緣體

黃仕明

摘 要：在整個電學教學過程中，導體和絕緣體是學生建立電路概念的起點，也是安全用電的基礎(chǔ).教材中用干電池和小燈泡組成的簡單電路來檢測導體和絕緣體，該裝置無法檢驗電阻稍大一些的導體，將普通的小燈泡改成發(fā)光二極管之后還是不能檢驗人體、潮濕的木棒和高溫的玻璃等電阻較大的導體.利用擴音器將微弱的電流放大，再將電信號轉(zhuǎn)換成可以直接感受到的聲音信號，效果直觀，可以有效突破導體和絕緣體的教學困境.

關(guān)鍵詞：導體和絕緣體；音頻線；擴音器；MP3

物理是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的入門課程，旨在引導學生通過觀察和實驗對自然界中的現(xiàn)象進行分析、綜合、概括，從而建立物理概念和規(guī)律[1].電流看不見摸不著，如何將其展現(xiàn)出來成為電學實驗的重點.在整個電學教學過程中，導體和絕緣體的演示實驗是學生建立電路概念的起點，也是安全用電的基礎(chǔ).教材中用干電池和小燈泡組成的簡單電路來檢測導體和絕緣體，該裝置可以用來檢驗導電能力較強的導體，但是無法檢測電阻稍大一些的導體，如：人體、潮濕木棒、鹽溶液等.在干燥環(huán)境中，人體的電阻為2000Ω左右，用普通的3V干電池供電時通過人體的電流約為1mA，小燈泡無法發(fā)光，一些改進實驗采用工作電流為10mA的發(fā)光二極管來代替小燈泡，效果還是不理想，無法檢測人體等電阻較大的導體.導體和絕緣體之間沒有絕對的界限，外界條件改變后絕緣體也可能變?yōu)閷w，如：高溫下的玻璃，潮濕的木棒，老化的塑料等.這些導體的電阻更大，在安全電壓范圍內(nèi)，普通儀器很難檢測出如此微小的電流.因此，改進導體和絕緣體的檢測裝置很有意義，也很有難度.

功放俗稱“擴音器”是音響系統(tǒng)中最基本的設(shè)備，它可以把來自音源的微弱電信號進行放大，再驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音.而且擴音器的放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，即使電流很微弱，也可以檢測出來，還能把看不見的電信號轉(zhuǎn)化為可以直接感知的聲音信號.

MP3是一種便攜式的音頻播放器，其音頻源輸出的電信號很微弱，輸出電壓約為1V，輸出電流約為10mA.MP3輸出微弱電信號可以通過音頻數(shù)據(jù)線連接到擴音器上， 這個微弱的電流經(jīng)過擴音器的等比例放大后進一步轉(zhuǎn)化成不同響度的聲音.

若將音頻線剝開，剪斷其中一根電纜并引出兩個接頭，則可制成一個很好的電路檢測裝置.詳見圖2.

利用擴音器本身的放大電路來檢測微弱的電流，效果很好，而且該實驗裝置通過聲音的大小來反映電流的強弱，便于比較電阻的大小.

實驗一：打開擴音器，播放MP3中的音樂，當兩個接線頭斷開時聽不到聲音，兩接線頭接觸時音樂正常播放.請一個學生兩手分別握在兩個接線頭上，可以聽到音樂繼續(xù)播放，但聲音略偏小，松手后音樂停止，本實驗直觀地說明人體是導體.再請兩個學生分別握住一個接線頭，當他們手拉手時能清晰地聽到音樂繼續(xù)播放，松手后音樂停止，這個實驗說明人體是可以導電的，其他人觸電后不能直接用手去拉.

實驗二：打開擴音器，播放MP3中的音樂，當兩個接線頭斷開時聽不到聲音，兩接線頭接觸時音樂正常播放.將一小段玻璃管夾在兩個接頭上，此時聽不到音樂聲，說明常溫下玻璃是絕緣體；

用酒精燈加熱玻璃管，可以看到玻璃管逐漸變紅，同時聽到音樂聲音慢慢變大，停止加熱，在玻璃管冷卻過程中可聽到音樂聲逐漸變小.該實驗清晰地說明溫

度升高以后玻璃也會從絕緣體變成導體，導體和絕緣體之間沒有明顯的界限.

該裝置還可以用來檢測干燥木棒和潮濕木棒的導電能力，效果都很明顯.本裝置利用擴音器中原有的放大裝置，巧妙地把微弱的電信號檢測出來，并轉(zhuǎn)化為聲音信號，裝置靈敏度高，效果直觀明顯，可以有效突破導體和絕緣體教學中的實驗難點，而且該裝置簡單易得，便于制作和推廣.

參考文獻：

[1] 謝從豪.怎樣做好演示實驗[J].中學物理（初中版），1998，02.