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        靜電除塵裝置的制作與原理

        2018-03-06 17:41:17魏小亮
        新高考·高一物理 2017年7期
        關(guān)鍵詞:硬紙板銅絲煙囪

        魏小亮

        新課程的基本理念要求學(xué)生具有綜合運用所學(xué)知識,提出、分析和解決問題的能力?,F(xiàn)實世界是物理學(xué)的根源,是物理教學(xué)的起點和歸宿,因此物理問題就不應(yīng)局限于傳統(tǒng)的習(xí)題,在生活、生產(chǎn)和科研活動中能夠接觸到并獲得真實體驗的現(xiàn)象和事實,都可以作為問題引入到物理學(xué)習(xí)中來,這類問題稱為原始物理問題。

        一、立足生活,發(fā)現(xiàn)問題

        近年來,每逢秋冬,霧霾天氣肆虐全國大部分地區(qū),一些城市的空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)頻頻“爆表到底什么是霧霾?它對我們的生產(chǎn)和生活又會產(chǎn)生哪些不利的影響呢?霧霾的來源多種多樣,主要可分為兩大類:首先是人為因素,包括汽車尾氣、工業(yè)排放、建筑揚塵、垃圾焚燒等;其次是自然因素,例如火山噴發(fā)等。其中,90%的霧霾直接來自于人類的經(jīng)濟社會活動。霧霾天氣是一種大氣污染狀態(tài),即大氣中的各種懸浮顆粒物含量超過一定限度,使能見度降低,極容易引發(fā)交通阻塞和交通事故。霧、霾造成了空氣質(zhì)量的下降,還會使生態(tài)環(huán)境不斷惡化,不僅對動植物的生長產(chǎn)生不利的影響。更為嚴重的是,長期的霧霾天氣,直接危害了人類的身體和心理健康。因此,空氣污染問題被越來越多的人所關(guān)注,防霾和治霾工作也變得刻不容緩。

        “減少污染源,削減大氣污染源是解決霧霾的根本之道?!敝袊茖W(xué)院大氣物理研究所研究員王庚辰說。靜電除塵作為火力發(fā)電、化工、冶金等諸多生產(chǎn)領(lǐng)域的主要除塵手段,能有效地從源頭上減少粉塵等污染物向大氣的直接排放,并具有運行可靠、維護方便以及能耗低等優(yōu)點,展現(xiàn)了廣闊的發(fā)展前景。

        二、動手操作,解決問題

        偉大的物理學(xué)家麥克斯韋曾說過:一項實驗,使用的材料越簡單,越生活化,學(xué)生就越想透徹地了解實驗中所隱藏的奧秘。為了對靜電除塵裝置的構(gòu)造及原理有更加直觀的認識,我們可以運用身邊隨手可得的器材設(shè)計實驗來模擬靜電除塵的過程,并在動手中體會物理學(xué)習(xí)的樂趣和養(yǎng)成自主探究的能力。

        實驗:不冒煙的煙囪

        實驗器材:開口的玻璃圓筒、銅絲、橡膠塊、硬紙板、電子感應(yīng)圈、帶鱷魚夾的導(dǎo)線。

        實驗操作:將開口的玻璃圓筒看作工廠里高聳的煙囪,在“煙囪”的上端用中央帶孔的硬紙板蓋住,取一段直銅絲穿過小孔并使其大致位于“煙囪”的軸線上。另截取一根長銅絲在“煙囪”的外表面等間隔的環(huán)繞數(shù)匝,用帶鱷魚夾的導(dǎo)線將兩根銅絲分別接至電子感應(yīng)圈的正、負兩極(如圖1所示)。點燃橡膠塊,置于“煙函”之中,待煙塵充滿“煙囪”后,開啟電子感應(yīng)圈并不斷增大電壓,仔細觀察實驗現(xiàn)象。

        “咦,原本充滿整個‘煙囪的煙霧怎么在頃刻間就消失了呢?”帶著疑問,筆者將硬紙板剪成條狀搭在“煙囪”上端(如圖2所示)。再次開啟感應(yīng)圈,我們可以發(fā)現(xiàn),盡管燃燒的橡膠塊一直在冒煙,但卻看不見有煙從“煙囪”里冒出來。一段時間后,再仔細觀察,原本干干凈凈的“煙囪”內(nèi)壁上出現(xiàn)了斑斑點點的灰塵。

        精彩的動手實驗猶如一味良藥的“引子”,它能調(diào)動我們的積極性,逐步加深對物理現(xiàn)象的認識,激發(fā)對現(xiàn)象背后的本質(zhì)進行探究的欲望,讓學(xué)習(xí)漸入佳境。

        三、追根究底,進行反思

        實驗過程是對物理現(xiàn)象的初步感知過程,要想知其然并知其所以然,我們還需結(jié)合自身所學(xué)的物理知識去研究隱藏在現(xiàn)象背后的物理規(guī)律,以“動”促“思”,讓具體的形象思維逐步地升華為抽象的邏輯思維。

        在實驗中,位于“煙囪”軸線上和外表面的兩根銅絲接到電子感應(yīng)圈的兩個電極上,開啟感應(yīng)圈,在兩個銅絲間就會產(chǎn)生一個高壓的靜電場,含有粉塵顆粒的氣體通過高壓電場時,原本氣體中的自由離子在電場力作用下加速,獲得較大的速度和動能。加速后的離子再撞擊氣體中的中性原子,使中性原子失去部分電子而變成離子,由于連鎖反應(yīng),氣體中運動的電子和離子數(shù)會迅速增加。電子在運動的過程中遇到粉塵顆粒,就會吸附在顆粒的表面,在強電場作用下,這些粉塵顆粒會被收集到“煙囪”的內(nèi)壁。

        陶行知先生認為:“生活即教育?!痹谄綍r學(xué)習(xí)中,我們需練就一雙慧眼,在生活中不斷地發(fā)現(xiàn)一些真問題來喚醒自己的思維,激發(fā)主動探究和解決問題的熱情,并在真實的實驗情境中去追尋現(xiàn)象背后的物理本質(zhì),從而提升自己分析和研究真問題的能力。endprint

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