物理人教版高中选修3-1关于静电感应演示实验的一些想法

静电感应演示实验的改进

高中物理新课标（选修1-1和选修3-1）安排了一个关于“静电感应”的演示实验，原实验如图所示。

由于实验室没有下部带有金属箔片的金属导体，所以按照教材介绍的方法来演示很困难，现改进为：

取一对箔片验电器A和B，使它们用带鱼夹的导线相连，起初它们不带电，里面的金属箔片是闭合的。

把带正电荷的球C移近导体A，金属箔有什么变化？

先把验电器A和验电器B相连导线的一端拿掉，然后移去C，金属箔又有什么变化？

再把验电器A和验电器B相连的导线接上，又会看到什么现象？

利用上面的实验，解释看到的现象。

巧用肥皂泡做静电演示实验

在高中物理（必修加选修）第117和118页，有图13－1和图13－2两个静电演示实验。可是要在课堂上做好这两个演示实验比较难，且对学生来说可见度不好，趣味性不强。笔者在长期的教学实践中，摸索了一种用肥皂泡演示静电的实验，其可见度好，趣味性强。现介绍如下，以供同仁们参考。

一、材料准备

（1）儿童玩的吹肥皂泡的筒和肥皂水或一般的肥皂水；（2）铁架台；（3）直径为5mm两端弯曲的玻璃管；（4）手捏式橡皮打气囊和20cm～30cm长的乳胶管；（5）带绝缘手柄的方形或圆形金属板；（6）内径为5mm长5mm的小金属环；（7）静电起电机和若干节导线。

二、制作方法

如图1所示，将玻璃管固定在铁架台的直柱上，把乳胶管和小金属环分别套在玻璃管的两端，打气囊套在乳胶管的

另一端；在金属环和金属板上分别接上导线，导线的另一端接到起电机的金属球上去。

三、演示方法及过程

1．演示同种电荷相斥现象

将金属环和金属板上的两根引线接到起电机的同一个金属球上，在金属环上蘸上肥皂水，捏打气囊使金属环出现肥皂泡，待肥皂泡出现时摇动起电机，金属环上的肥皂泡和金属板就会带上同种电荷。再用打气囊给肥皂泡突然充气，气流冲击肥皂泡使之脱离金属环，形成一个带电的能够在空中自由下落的肥皂泡，如果这时用带同种电荷的金属板去接近肥皂泡，我们就会看到肥皂泡明显地受到排斥，如图2所示。

若在空中一定位置上，肥皂泡受到重力、浮力和静电斥力而平衡。这时我们可以使其托起在空中漫游，肥皂泡将随着球拍的升降而沉浮。在空中的存留时间可达到一分多钟，特别生动有趣。

2．演示异种电荷相吸现象

将金属环和金属板上的两根引线接到起电机的不同金属球上，其余的与上面做法相同。如果这时用带异种电荷的金属板去接近肥皂泡，我们就会看到肥皂泡明显地受到吸引，如图3所示。若在空中一定位置上，肥皂泡受到重力、浮力和静电引力而平衡。这时我们也可以使其吸引着在空中漫游，肥皂泡将随着球拍的升降而沉浮。在空中的存留时间也可达到一分多钟，这一现象更为有趣。

3．演示电荷在电场中的偏转

在演示异种电荷相吸现象的基础上，我们稍加改变，就可以演示电荷在电场中的偏转了。如图4所示，我们把金属板竖直地放在金属环的右侧，就会明显地看到，肥皂泡在带电金属板的电场中沿曲线向金属板运动，从而演示了电荷在电

场中偏转的情景。

研究电感、电容对突变电流的影响

在物理教学过程中，演示实验是学生认识物理规律的感性基础，是学生加深对物理概念理解的重要环节。人教版《全日制普通高级中学教科书（必修加选修）物理第二册》第十八章第三节中研究电感对交变电流阻碍作用的实验电路如图1，是利用双刀双掷开关S可以分别把这个电路接到直流电源或交流电源上。教材要求在实验过程中取直流电压跟交流电压的有效值相等。当开关S接通直流电源时，灯泡亮些；接通交流电源时，灯泡变暗，就表明电感对交变电流有阻碍作用。这个实验看似简单但实际操作起来既烦又难达到教材的要求。该实验的设计存在以下两点不足：

（1）实验中要求直流电压跟交流电压的有效值相等，需要一个非常复杂的电路来调节电压值，实行起来很不方便。

（2）当开关S从直流电源扳到交流电源时，让学生观察同一只灯泡在不同时间里的亮度变化并对其进行比较，学生对实验结果的比较和判断有困难。

针对以上问题，笔者在确保效果明显不失科学性的前提下，对该演示实验进行了改进并自制了示教板，经过多次反复演示，教学效果很好。

二、实验改进的设计思想

（1）为了达到实验的可比性，将两只相同的灯泡并联，如图2所示。为了调节在直流电源情况下，两只小灯泡的亮度相等。笔者在灯泡R2上串联了一个5Ω3A的滑动变阻器R’。

（2）无论电路是接直流电源还是接交流电源，只需观察两只灯泡的亮度变化便可直接比较判断电感和电容在交流（直流）电路中对电流的影响。

（3）在改进自制教具时尽量考虑普通高级中学现有器材的利用。

三、自制实验装置的要求

（1）改进后的实验示教电路如图2、图3所示。

（2）器材要求：R1、R2为规格完全相同的小灯泡（3．8V 0．3A或6．2V 0．3A）；L为J2423的可拆变压器，用绿色线圈的0匝与400匝这两个抽头即可；R’为滑动变阻器，一般用阻值为5～10Ω的即可，阻值太大调节效果不明显；S 为双刀双掷开关；交、直流电源均可用J1202的高中学生电源；C为电容器（电容器的电容最好控制在20～300μF之间，可用电子线路实验箱中的电容器）。

四、演示步骤及现象分析

1．研究电感对突变电流的影响

（1）电路如图2先将绿色线圈取出（无铁芯）做纯电阻电路演示，将开关S先接通直流电源，调节滑动变阻器使两灯亮度相同。然后再将开关S接通交流电源便会发现两只灯泡亮度仍然相同。

现象分析：当线圈是纯电阻时对交变电流无影响。

（2）将绿色线圈套入可拆变压器的U臂端，把开关S接通直流电源时，两只小灯泡的亮度相同。然后再把开关S接通交流电源，发现灯泡已明显比灯泡R2暗。

现象分析：电感有通直流、阻交流的作用。

（3）将可拆变压器的条形铁轭放上后，当开关S接通直流电源时，两只小灯泡亮度相同。再把开关S接通交流电源时，发现灯泡R2变亮，则R１微亮或不亮。

现象分析：电感越大，对交流电的阻碍作用也就越大。

通过以上三次对电感L变化的演示，学生不但能十分肯定的判断出电感具有“通直流、阻交流”的特性，而且对电感对交变电流的影响这个概念也有了更深刻的理解。

2．研究电容对交变电流的影响

（1）如图3把开关S接通直流电源时，发现灯泡R1不亮、灯泡R2亮，再把开关S接通交流电源时，发现两灯泡均亮且灯泡R1要比灯泡R2暗，如又将电容C短接则会发现R1和R2亮度相同。

现象分析：电容有隔直流、通交流的作用，但对交流也有一定的阻碍作用。