靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法探討
甘忠通 崇義中學(xué)
高中電場(chǎng)一章中關(guān)于靜電方面的實(shí)驗(yàn)較多,而靜電實(shí)驗(yàn)也是教師上課時(shí)較難控制的,甚至有些教師對(duì)靜電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了錯(cuò)誤的講解。其主要原因是沒有深入的了解實(shí)驗(yàn)的一些條件，當(dāng)然也有一些教師只是紙上談兵，跟本沒有自己認(rèn)真去做實(shí)驗(yàn)，這樣出現(xiàn)錯(cuò)誤的講解也就不足為奇了。靜電感應(yīng)是高中電場(chǎng)中第一節(jié)《電荷、庫(kù)侖定律》中的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在日常生活中應(yīng)用的也很廣泛，后面我們學(xué)習(xí)靜電屏蔽等內(nèi)容也是要用到它。可見對(duì)靜電感應(yīng)現(xiàn)象理解透徹對(duì)學(xué)生學(xué)好這一章知識(shí)非常重要，而教師上課時(shí)所需的靜電，大部分人也是采用感應(yīng)起電的方法獲得，現(xiàn)于很少人用玻璃棒、橡膠棒摩擦起電了，因?yàn)檫@種摩擦起電所帶的電量不是很足且易漏掉，對(duì)我們做靜電實(shí)驗(yàn)影響較大，有些教師平時(shí)靜電實(shí)驗(yàn)做不成功，這也是一個(gè)原因?，F(xiàn)在我們來探討靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)的一些方法和注意事項(xiàng)。
課本上是用帶電小球、枕形導(dǎo)體來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的，這種方法有幾個(gè)問題要解決。一是帶電小球如何帶上足夠的電量，且能保持較長(zhǎng)時(shí)間不衰減；二是兩金屬箔是否容易張開和閉合；三是感應(yīng)起電后的兩枕形導(dǎo)體是否容易漏電。如果以上問題得以解決，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也就成功一大半了，以下我們就來分析和解決。
1、首先要對(duì)靜電有深入的了解。所謂靜電，就是不流動(dòng)的電荷或稱靜電荷。它的產(chǎn)生有各種各樣的原因，最簡(jiǎn)單的如摩擦起電，比較常見和常遇到的有：脫毛衣時(shí)衣服上出現(xiàn)的靜電放電火花，在干燥季節(jié)時(shí)，人們?cè)诘靥荷闲凶邥r(shí)就可能產(chǎn)生靜電，當(dāng)你的手伸向金屬物體時(shí)，手指就會(huì)對(duì)它放電。。。。。。總之，產(chǎn)生了電荷，一時(shí)又流不走，或不能放掉，就形成靜電（荷）。雖然靜電荷的量很小，但其電壓卻很高，一般能達(dá)到千伏級(jí)，甚至萬伏級(jí)。因?yàn)殡妷号c電荷量成正比，而與電容成反比?？墒请娙萃ǔ６己苄?，所以靜電荷的電壓很高。
實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生靜電的方法有：一、摩擦起電。玻璃棒與絲綢摩擦、橡膠棒與毛皮摩擦；二、利用靜電感應(yīng)來帶電。利用靜電感應(yīng)應(yīng)使驗(yàn)電器帶電；或利用起電盤感應(yīng)起電；也可用韋氏感應(yīng)起電機(jī)和范德格拉夫起電機(jī)起電。
2、怎樣保持靜電不會(huì)很快的漏掉。從上我們知道，靜電電壓高，使得在靜電中的絕緣體如棉線、紙板等，可能變成導(dǎo)體。當(dāng)帶靜電物體周圍的空氣濕度較大時(shí)，空氣容易被電離而產(chǎn)生擊穿，發(fā)生放電，稱為靜電放電；靜電電量一般又很少，很快應(yīng)會(huì)漏光。當(dāng)然影響靜電放電的因素很復(fù)雜，但主要的因素有以下幾點(diǎn)：（1） 溫度和濕度的影響。濕度和溫度對(duì)靜電放電都有影響，其中濕度影響更大。由于相對(duì)濕度增加則非導(dǎo)體材料的表面電導(dǎo)率增加（當(dāng)相對(duì)濕度超過60%時(shí)，絕緣體表面會(huì)因吸附空氣中的水分形成水膜，使材料表面的導(dǎo)電率大大增加），使物體積蓄的靜電荷可以更快地泄漏而不容易積累，因此不容易產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象。對(duì)人體來講，相對(duì)濕度在30%-50%時(shí)，帶電很多，而在超過70%時(shí)幾乎不帶電，因此在干燥寒冷的冬天，人與接觸的物體就容易產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象。（2） 電阻率。若絕緣體的體電阻率小于1010?. cm, 表面電阻率小于109?，一般不會(huì)積累靜電荷。3） 表面狀態(tài)。 接觸帶電主要是表面效應(yīng)，因此表面污染，酸化，氧化吸附等對(duì)靜電的影響很大。不同的材料，不同的表面狀態(tài)，對(duì)靜電的影響都不同，在實(shí)際的應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)不同的情況來處理物體的表面。另外，如尖端放電，接觸時(shí)間等均能影響物體的帶電。
3、如何讓金屬箔張開。有些教師在兩枕形導(dǎo)體的下端用膠水沾上煙箔紙，發(fā)現(xiàn)煙箔紙容易變形，不好控制。還有一個(gè)問題是不能用膠水，我們可用透明膠貼上去，讓金屬箔與枕形導(dǎo)體充分接觸。
針對(duì)上面的分析，可對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下處理。1、保持C小球、A、B兩枕形導(dǎo)體的絕緣性能，對(duì)器材進(jìn)行清洗，可用酒精清洗。2、保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境干燥通風(fēng)，對(duì)儀器進(jìn)行烘干或曬干。 3實(shí)驗(yàn)動(dòng)作要快，以免電荷漏掉。3、用透明膠把細(xì)薄金屬箔貼好，注意讓它能自由輕松地張開。這樣這個(gè)實(shí)驗(yàn)定能做成功。
當(dāng)然，課本上實(shí)驗(yàn)后面第三段說：“如果再讓A 和B接觸，它就不再帶電，這說明A和B分開后所帶的異種電荷是等量的，重新接觸后等量異種電荷發(fā)生了中和?！边@樣一種現(xiàn)象還不足于說明這是等量異種電荷，因?yàn)锳、B兩枕形導(dǎo)體很容易漏電，而且受環(huán)境影響較大，兩金屬箔開張和閉合也不是很靈敏。所以我們可以改進(jìn)這個(gè)裝置,用兩個(gè)指針驗(yàn)電器代替金屬箔，然后用導(dǎo)線把枕形導(dǎo)體和指針驗(yàn)電器連接起來，指針驗(yàn)電器的外殼要接地。這樣兩枕形導(dǎo)體帶電的情況就可直接通過指針驗(yàn)電器反應(yīng)出來，提高它的精確度和靈敏度。
仔細(xì)分析和動(dòng)手操作，發(fā)現(xiàn)通過上面的改進(jìn)在空氣較潮濕的時(shí)候效果還是不理想，因?yàn)镃球和枕形導(dǎo)體及導(dǎo)線接確點(diǎn)還是容易漏電。有沒更簡(jiǎn)單有效的方法呢？我們可以采用如下方法。
器材：叁個(gè)指針驗(yàn)電器、一個(gè)連接桿、三塊泡沫、一根玻璃棒、一根橡膠棒、一塊毛皮、一塊絲綢。
實(shí)驗(yàn)步驟：
1、實(shí)驗(yàn)前幾天把驗(yàn)電器、連接桿清洗干凈后放到陽(yáng)光下曬干(無太陽(yáng)則用用儀器烘干)。然后放到干燥、干凈的地方保存。
2、課前用干凈的泡沫把驗(yàn)電器、連接桿擦幾遍，注意手要洗干凈，不要亂摸儀器。
3、實(shí)驗(yàn)時(shí)，把A、B兩指針驗(yàn)電器平放在桌面上，然后用連接桿把兩驗(yàn)電器連接起來，再叫一個(gè)學(xué)生用干凈的泡沫在自己的頭發(fā)上迅速摩擦幾下，使泡沫帶上靜電。然后讓學(xué)生把帶靜電的泡沫靠近驗(yàn)電器的一邊，這時(shí)兩驗(yàn)電器便感應(yīng)上了靜電，兩驗(yàn)電器的指針同時(shí)張開相同的角度。接著把泡沫移開，發(fā)現(xiàn)A、B兩驗(yàn)電器的指針也同時(shí)閉合，說明這時(shí)兩驗(yàn)電器沒有感應(yīng)上電荷。再次反泡沫靠近驗(yàn)電器，發(fā)現(xiàn)指針又張開，這時(shí)應(yīng)先把驗(yàn)電器上的連接桿移去，再把泡沫也移去，發(fā)現(xiàn)兩驗(yàn)電器所感應(yīng)上的感應(yīng)電荷同時(shí)存在，且所偏轉(zhuǎn)的角度相同。
4、接著我們先把泡沫、A、B兩驗(yàn)電器各自所帶的電荷的類別判斷出來。用玻璃棒與絲綢摩擦后把玻璃棒上的電荷傳到第三個(gè)驗(yàn)電器C上，接著把泡沫上的電荷與驗(yàn)電器C上的電荷疊加，便可確定泡沫的靜電是何種電荷。同理可把A、B兩驗(yàn)電器所帶的感應(yīng)電荷檢驗(yàn)出來。當(dāng)然我們也可以直接用玻璃棒與A、B接觸來檢驗(yàn)A、B所帶極性。
5．重做一遍，讓A和B感應(yīng)上感應(yīng)電荷。如果我們把A和B兩指針驗(yàn)電器接觸，它們就不再帶電，這說明A和B 分開后所帶的電荷是等量的，重新接觸后等量異種電荷發(fā)生中和。
通過以上的器材和方法來演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以不受場(chǎng)所和天氣的影響，實(shí)驗(yàn)效果更明顯、理想。當(dāng)然在做的時(shí)候還要注意一個(gè)問題，連接桿的兩端是尖的，很容易發(fā)生尖端放電，在連接的時(shí)候一定要用連接桿與驗(yàn)電器的小球接觸，且不能讓連接的兩端伸出來。
總之，靜電感應(yīng)這個(gè)實(shí)驗(yàn)之所以難做，就是因?yàn)閮x器所帶的靜電容易發(fā)生放電和漏電，造成儀器所帶的靜電不足，觀察不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對(duì)于靜電的其它一些實(shí)驗(yàn)，同樣應(yīng)重視靜電的放電和漏電問題，盡可能地減少靜電的放電和漏電的速度。
參考文獻(xiàn)：
《中學(xué)物理教學(xué)法實(shí)驗(yàn)》 李桂福 段金梅
《國(guó)家電工手冊(cè)》 黃福生 劉海
聯(lián)系客服
