寇 敏，吳 偉

(南京師范大學(xué) 教師教育學(xué)院，江蘇 南京 210023)

1 引 言

初中物理教師在靜電實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)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(xué)生在小學(xué)自然課堂中已經(jīng)見(jiàn)過(guò)該實(shí)驗(yàn)，在初中物理課堂再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)并不能產(chǎn)生足夠的興趣，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)能力. 此外，該實(shí)驗(yàn)容易使學(xué)生產(chǎn)生只有摩擦才會(huì)產(chǎn)生靜電現(xiàn)象的錯(cuò)誤前概念，這又會(huì)給學(xué)生以后的物理學(xué)習(xí)造成不必要的麻煩. 因此在靜電現(xiàn)象的教學(xué)實(shí)際中引入對(duì)學(xué)生而言新鮮的、非由摩擦引起的小實(shí)驗(yàn)來(lái)展開(kāi)探究式教學(xué)就很有必要. 本文將介紹3個(gè)趣味靜電小實(shí)驗(yàn).

2 小人踢球

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

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

2.2 實(shí)驗(yàn)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(tái)上，使小球位于鐵板和小人之間. 小球就會(huì)被小人“踢”向鐵盒并多次往返(圖1).

圖1 小人踢球

2.3 實(shí)驗(yàn)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(guò)來(lái)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(kāi)”并撞擊在鐵板上，當(dāng)小球與鐵板接觸，小球上的電荷立即被導(dǎo)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

2.4 教學(xué)建議

該實(shí)驗(yàn)可以在教師進(jìn)行靜電現(xiàn)象的新課教學(xué)時(shí)作為問(wèn)題情境貫穿課堂始終，為學(xué)生提供持續(xù)的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)并維持探究靜電現(xiàn)象的學(xué)習(xí)主動(dòng)性. 相信無(wú)論是新課導(dǎo)入還是學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用檢測(cè)，該實(shí)驗(yàn)都可以幫助教師完成對(duì)應(yīng)的教學(xué)目標(biāo). 此外，干燥的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和器材是靜電實(shí)驗(yàn)成功的保障. 方便起見(jiàn)，教師可以在實(shí)驗(yàn)前用吹風(fēng)機(jī)的高溫檔對(duì)將進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的空間吹風(fēng)并將實(shí)驗(yàn)器材擦拭干燥，以下2個(gè)實(shí)驗(yàn)亦同.

3 人體帶電

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

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

3.2 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上.

2)實(shí)驗(yàn)者1站立于1塊泡沫板上，右手持驗(yàn)電羽. 左手指向水平放置的筷子的一端.

3)實(shí)驗(yàn)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(kāi)并將銅板接觸實(shí)驗(yàn)者1的右手.

4)多次重復(fù)步驟2)和3).

5)觀察實(shí)驗(yàn)者1右手的驗(yàn)電羽和白熾燈上筷子的運(yùn)動(dòng)情況. 驗(yàn)電羽會(huì)逐漸張開(kāi)(圖3)，而筷子會(huì)被吸引而轉(zhuǎn)動(dòng)(圖2).

圖2 人體帶電之轉(zhuǎn)動(dòng)的筷子

圖3 人體帶電之張開(kāi)的驗(yàn)電羽

3.3 實(shí)驗(yàn)原理

絲綢與保鮮袋摩擦，使保鮮袋帶電. 當(dāng)銅板置于保鮮袋上時(shí)，由于靜電感應(yīng)，銅板下表面感應(yīng)出相反電荷，上表面感應(yīng)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(dǎo)體，但由于實(shí)驗(yàn)者1站在泡沫板上，泡沫板會(huì)阻止電荷流向大地，這樣人體就帶電了. 當(dāng)銅板上的電荷順著人體流到驗(yàn)電羽上時(shí)，驗(yàn)電羽各繩之間帶同種電荷互相排斥就會(huì)張開(kāi)，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(dòng).

3.4 教學(xué)建議

該實(shí)驗(yàn)既有摩擦起電又有感應(yīng)起電，其中感應(yīng)起電雖然不屬于初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中包含的教學(xué)內(nèi)容，但是屬于高中物理的教學(xué)內(nèi)容. 為了不在初中的物理教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生造成“只有摩擦才能起電”的錯(cuò)誤的前概念，有效避免高中物理教學(xué)中的困難，同時(shí)使學(xué)科知識(shí)體系相對(duì)完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，教師有必要在相應(yīng)章節(jié)的探究活動(dòng)或校本課程中加入這樣“超標(biāo)”卻既有趣又有意義的靜電小實(shí)驗(yàn).

4 神奇的保鮮膜

4.1 實(shí)驗(yàn)器材

保鮮膜1卷，驗(yàn)電羽1個(gè)，一次性筷子1雙，泡沫板1塊，氖泡1個(gè).

4.2 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上.

2)實(shí)驗(yàn)者1先站在地上，實(shí)驗(yàn)者2在實(shí)驗(yàn)者1身上裹上保鮮膜.

3)實(shí)驗(yàn)者1拿著驗(yàn)電羽走上泡沫板.

4)實(shí)驗(yàn)者2從實(shí)驗(yàn)者1身上揭下保鮮膜(圖4)，觀察驗(yàn)電羽和筷子的運(yùn)動(dòng). 此時(shí)發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電羽張開(kāi)(圖5)，而筷子則被吸引而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)(圖6).

5)實(shí)驗(yàn)者1將左手收回，實(shí)驗(yàn)者2手持氖泡接觸實(shí)驗(yàn)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(kāi)的驗(yàn)電羽

圖6 被手指吸引轉(zhuǎn)動(dòng)的筷子

圖7 發(fā)光的氖泡

4.3 實(shí)驗(yàn)原理

人體站在泡沫板上會(huì)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(huì)帶電，當(dāng)電荷傳導(dǎo)到驗(yàn)電羽上時(shí)，驗(yàn)電羽會(huì)膨脹開(kāi)；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(dāng)帶電的實(shí)驗(yàn)者1與站在地面的實(shí)驗(yàn)者2之間通過(guò)小氖管連接的瞬間，實(shí)驗(yàn)者1身上的電荷通過(guò)小氖管和實(shí)驗(yàn)者2流向大地，其間形成的電流會(huì)就會(huì)使小氖管發(fā)光.

4.4 教學(xué)建議

該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)2中部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致，但是摩擦起電的影子完全消失，可以進(jìn)一步消除學(xué)生“只有摩擦才能起電”的錯(cuò)誤前概念. 教師在探究活動(dòng)或校本課程中與實(shí)驗(yàn)2 同時(shí)使用，可以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)和探究興趣，使物理課時(shí)得到延伸.

5 結(jié)束語(yǔ)

所謂“小實(shí)驗(yàn)大智慧”，使用生活中常見(jiàn)的器材做些讓學(xué)生耳目一新的小實(shí)驗(yàn)，不僅能引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還能培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和探究能力. 以上3個(gè)靜電小實(shí)驗(yàn)取材常見(jiàn)、趣味濃重，同時(shí)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(cuò)誤前概念，還能將比較完整的學(xué)科知識(shí)體系潛移默化地呈現(xiàn)給學(xué)生. 這在初中物理課堂中應(yīng)是喜聞樂(lè)見(jiàn)的.

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