謝光梅

【摘 要】物理學是一門實驗科學，物理學的一切理論或假說，都是建立在實驗基礎(chǔ)上的。物理學在理論上作出的任何結(jié)論，都要經(jīng)過實驗的驗證，以判斷其正確的程度。而對于物理教學更是需要通過觀察實驗、演示實驗，使學生形成概念。所以，在物理教學中，必須充分體現(xiàn)出實驗的主要地位和重要作用。

【關(guān)鍵詞】中學物理；靜電實驗；絕緣材料

在中學物理教材中，介紹電學部分的知識，首先就是通過靜電實驗開始的。因此靜電實驗成功以否是以后教學成敗的關(guān)鍵，而靜電實驗卻是教師們最感頭痛的教學內(nèi)容。不少教師認為靜電實驗特別難以捉摸，不易保證成功，只有天氣干燥時才好做。其實，只要把握了靜電實驗成功的關(guān)鍵，還是可以做好靜電實驗的。

靜電實驗的特點：一是電壓高、二是電量少，這可以用兩個簡單的實驗來證明：

實驗一：將家庭電路的火線用絕緣導線接到驗電器的金屬球上，把地線接到驗電器的外殼上，便可見驗電器指針箔片張開，但其張角不大，約在10°以內(nèi)。再把一帶靜電的帶電體去接觸另一驗電器的金屬球，驗電器指針箔片張角要大得多，有時甚至幾乎張成直角。可見，此時指針箔片的電壓高到幾百伏特乃至幾千伏特，這表明一般帶靜電導體的電壓是相當高的。

實驗二：用毛皮摩擦一下塑料襯板，使襯板帶電后，把用絕緣絲線（長為0.2米）吊著的兩個輕且薄的小紙片（質(zhì)量為20毫克），放在帶電的塑料襯板上，用手指觸一下每張紙片后移開，兩紙片由于靜電感應(yīng)就帶上同種電荷，提起絲線兩紙片便互相排斥而張開，這時紙片所受到的重力mg、電力F和懸線上的張力T互相平衡，它們有如下關(guān)系：

=tgα即F=mgtgα=mg

若紙片很小，其所帶電量可以用點電荷的庫侖定律F=來進行估算：

測出紙片分開的距離d為0.04米，則估算出紙上的電量的庫侖數(shù)為10-9數(shù)量級。我們知道一個手電筒小電珠上每秒鐘流過的電量約為1/3庫侖，這個數(shù)量是紙片帶電量的一千萬倍?？梢?，紙片所帶的電量是非常微小的。

如果把這帶電的紙片與驗電器的金屬球接觸，驗電器指針箔片的張角很大，這說明紙片帶電量雖很少，但電壓卻很高。

由于帶靜電的物體的電壓很容易達到幾百伏特甚至幾萬伏特，這就使得帶電體很容易漏電，通常情況下的絕緣體如木頭、玻璃等已很難起到絕緣作用。而帶電量少又使得漏電過程極快，一漏就光，因此做好靜電實驗的關(guān)鍵是解決電荷的流失問題。

影響電荷流失的因素主要有絕緣材料的性能、環(huán)境的濕度情況、儀器的清潔程度以及實驗者的操作習慣。下面分別討論這些因素對實驗成敗的影響：

1.絕緣材料的性能

取傳統(tǒng)實驗器材玻璃棒、橡膠棒和有機玻璃棒、塑料棒進行絕緣性能對比檢驗，以找出合適靜電實驗的絕緣材料。

檢驗方法：手握待驗材料一端，使另一端與帶電的驗電器金屬球接觸。若驗電器指針箔片張角不動（或張角稍有減少，但移去材料后又恢復(fù)張角），這就是合適的絕緣材料。

檢驗結(jié)果表明，現(xiàn)代高分子材料良好的絕緣性能遠勝于傳統(tǒng)材料。一些材料絕緣性能差是由于材料本身的導電性引起的，材料的導電現(xiàn)象是在材料內(nèi)部及表面層產(chǎn)生的，在靜電實驗中電荷從材料由人體傳入大地而漏電，現(xiàn)代高分子材料絕緣性能極好，有效杜絕了這方面的漏電。故如今的摩擦起電實驗常用有機玻璃棒代替玻璃棒，用塑料棒代替橡膠棒，實驗效果良好，但這些材料若使用不當也難成功。

2.環(huán)境濕度的情況

長期以來多數(shù)教師認為濕度是影響靜電實驗成敗的主要因素，所以在靜電實驗之前總是把實驗儀器、器材等仔細烘烤，以保證實驗成功，這樣給實驗增添了不少麻煩，特別在霉雨季節(jié)就是帶上烘干箱也難保證實驗的成功。那么，環(huán)境濕度是否直接影響著實驗的成敗呢？為此可做如下實驗：

將摩擦棒、綢子、毛皮等實驗器材經(jīng)過清潔處理后，改變環(huán)境濕度進行實驗，研究其成功率與環(huán)境濕度的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只要實驗器材保持清潔，環(huán)境濕度增加95%以上成功率仍極高。甚至可在霉雨季節(jié)里將實驗器材清潔處理后，浸泡在清水中一天一夜，取出擦干即進行實驗，仍取得一次性成功。

由此可見，環(huán)境濕度并非影響靜電實驗成敗的主要因素，而儀器的清潔程度或許更為重要？

3.儀器的清潔處理

將清潔處理后的實驗器材在相同濕度條件下（夏季干燥季節(jié)實驗），分別浸入不同濃度的酸、堿、鹽等溶液中進行污染，然后取出涼干進行實驗，發(fā)現(xiàn)摩擦棒一經(jīng)污染后，成功率立即大大降低。

分析原因，當材料受酸、堿、鹽等電解質(zhì)污染時，由于材料表面的污染層具有導電性，從而大大降低了絕緣性，在這種情況下，電荷是經(jīng)過污染層由人體傳入大地產(chǎn)生漏電的。又由于電解質(zhì)的水溶液才具有導電性，因此在潮濕氣候環(huán)境下用受酸、堿、鹽等污染過的實驗器材、儀器進行實驗是不易取得成功的。而其對靜電實驗的影響正是通過污染層起作用的。

當然，器材、儀器進行清潔處理后，靜電實驗中漏電現(xiàn)象仍然存在，但這時漏電現(xiàn)象是電荷直接向周圍潮濕空氣中漏電的，其速度往往比較慢。另外，將傳統(tǒng)實驗器材玻璃棒、橡膠棒等經(jīng)過清潔處理后，不用烘烤也能較好進行實驗，雖然其效果遠不如現(xiàn)代高分子材料。故可得出結(jié)論：環(huán)境濕度對靜電實驗影響不大，而儀器的清潔程度才是影響靜電實驗的主要因素。

4.實驗者的操作習慣

以上實驗和分析有力地證明了在材料選定之后，清潔程度是保證靜電實驗成功的主要因素。然而長期以來對靜電實驗器材的清潔處理卻不被重視，用骯臟的實驗器材進行實驗當然很難取得成功，可見要保證實驗成功，還有個不容忽視的因素：實驗者的操作習慣。

通過平常的觀察發(fā)現(xiàn)，靜電實驗中實驗儀器的擺放，實驗者手握材料的部位等等都能對實驗效果造成影響，值得一提的是一些教師在課堂上滿手粉筆灰就抓起實驗器材做實驗，其結(jié)果可想而知，所以實驗前務(wù)必洗凈雙手。

綜上所述，要保證靜電實驗的成功就必須保證實驗器材、儀器的清潔，為此我們必須在實驗前對所有實驗器材和儀器進行清潔處理，只要認真做到清潔處理工作，解決了電荷的流失問題，便可保證即使在潮濕環(huán)境下也能順利地進行靜電實驗。endprint