朱小飛

(柳州鐵一中學，廣西柳州 545007)

“庫侖定律”是靜電學部分的重點內(nèi)容之一，通常教學是通過教師演示實驗或視頻資料以引導學生分析影響電荷間作用力的因素.筆者在上課時大膽將教師演示實驗加以改進變成學生探究實驗，讓學生有更加直觀的物理體驗.在對教學過程尤其是實驗教學過程和實驗手段進行認真反思之后，對“影響電荷間相互作用力的因素”的演示實驗進行研究，嘗試了多種不同材料，多管齊下確保了學生實驗的成功.

1 教材上本實驗的處理

我們所用的教材是人教版高中物理(選修3-1)，教材第5頁簡單介紹了如圖1所示的實驗，并介紹“這個力的大小可以通過絲線偏離豎直方向的角度顯示出來”，但對實驗操作的細節(jié)未加闡釋，很多教師也只是對其進行了簡單的演示.

演示時，先通過范氏起電機或者感應起電機讓一個金屬球與其接觸而帶電.教師用手提著細線不斷改變小球與范氏起電機的距離，讓學生觀察小球傾斜角度的變化，由此說明電荷間作用力與電荷間距離的定性關系.但是筆者在準備這個實驗時發(fā)現(xiàn)由于空氣潮濕和儀器本身的原因，很難有明顯的效果.經(jīng)過反復的嘗試，對庫侖定律實驗做了以下的改進.

圖1

2 實驗的改進

(1)改變懸掛方式.

教材上是用一根絲線懸掛小球，由于實驗用的小球質(zhì)量很小，容易受空氣流動而晃動，就不能說明絲線與豎直方向的偏角是由庫侖力造成的.筆者改成用兩根絲線懸掛(如圖2所示)，不容易兩邊晃動，提高了小球的穩(wěn)定性.

圖2

(2)改變懸掛物材料.

教材上給出的懸掛物體是小球，筆者嘗試了用泡沫塑料做的小球，為了增加其帶電荷的能力，還取出了廢舊電池的碳棒，刮下碳粉均勻的涂抹在小球表面，結(jié)果實驗未成功，查閱資料后又將打印機的墨粉取出涂抹在小球表面，實驗還是沒有成功.經(jīng)分析原因是我們手工制作的泡沫小球很難做到光滑平整，容易發(fā)生尖端放電，電荷很難長時間留在小球表面.

第2次嘗試的懸掛物體是乒乓球，筆者找了一個乒乓球，為了增加其帶電能力，將乒乓球表面涂抹碳素墨水，曬干后再涂抹一層再曬干.實驗時發(fā)現(xiàn)乒乓球質(zhì)量太大，帶電小球間的庫侖力不足以讓乒乓球發(fā)生較明顯的偏轉(zhuǎn)，實驗依然失敗.

圖3

經(jīng)過前兩次的嘗試，分析懸掛物體應該是質(zhì)量輕小且容易帶電，表面平滑的物體，因此想到了導電紙和錫箔片，將導電紙和錫箔片剪成1cm寬、3cm長的小片，為了保證平滑，邊緣的一些毛刺用火燒掉，并且懸掛的絲線不能穿洞，而是用透明膠粘在上面(圖3)，實驗效果很好.

最后又嘗試了用脫脂棉做成小球(圖3)，實驗效果不如錫箔片和導電紙，但多次操作后也能成功.

(3)改變?nèi)‰姺绞?

一般中學實驗室都有范式起電機和感應起電機，筆者嘗試將范式起電機接通電源后直接靠近懸掛的錫箔片，相互接觸后帶同種電荷且絲線與豎著方向有明顯偏角，但是實驗中想改變電荷量比較困難，僅能說明庫侖力F與間距r的關系，實驗不完整.

使用感應起電機就能較好的解決這個問題，搖動手柄后兩帶電小球上就帶有大量電荷，接觸錫箔片帶上同種電荷后，能調(diào)節(jié)距離r，也能通過用不帶電的金屬球與放電球接觸來改變小球電荷量，效果非常好，但是感應起電機對環(huán)境要求較高，空氣潮濕則很難成功.

一次偶然的機會，用絲綢摩擦過的玻璃棒靠經(jīng)錫箔片時發(fā)現(xiàn)，錫箔片接觸玻璃棒后帶上同種電荷，相互排斥的效果很明顯，懸掛錫箔片的絲線偏角較大，受此啟發(fā)，筆者將演示實驗改成了學生探究實驗，每個小組可以通過這種方式取電.

(4)實驗環(huán)境的要求.

圖4

課前教師在準備室反復實驗，效果都不錯，但是上課時真正讓學生動手操作就發(fā)現(xiàn)大部分小組的實驗都沒有成功，經(jīng)過分析原因是教室環(huán)境太潮濕，電荷很快就流失了.為了保證環(huán)境的干燥，就在每組配了1只白熾燈(如圖4所示)，上課前對實驗儀器烘烤一段時間，并用吹風機的熱風檔對起電機吹一段時間.并在實驗室的幾個角落撒上洗衣粉或者干石灰以除去空氣的水汽.

當然有條件的實驗室可以配備專業(yè)的除濕設備，并且在實驗前就開啟1h，正式實驗時要關掉設備的電源，以保證實驗過程中室內(nèi)沒有風，因為懸掛的錫箔片等有輕微的空氣流動就會晃動，影響實驗效果.

使用的金屬球表面的光潔程度也是影響帶電荷量的因數(shù)之一，所以實驗前還要用棉球蘸酒精擦拭金屬球，以保持金屬球表面的光潔.

(5)其他方面的誤差.

實驗時讓學生觀察移動過程中的錫箔片與豎直方向夾角的變化是不科學的實驗操作.首先，對坐在不同位置的學生，實驗的直觀性不同，無法達到應有效果;其次，錫箔片質(zhì)量太小，會因為學生走動產(chǎn)生的空氣流動而晃動.人體經(jīng)起電機充電后帶有大量電荷，對小球的作用力不可忽略.

1 于朋杰，韓建志.庫侖定律定性演示實驗的設計與制作［J］.物理教師，1999(5):28.

2 王雪彬.對人教版3-1“庫侖定律”演示實驗的深入思考［J］.物理教師，2013(9):62.