用废旧光盘改进静电实验

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  教科书中介绍的用丝绸摩擦玻璃棒、用毛皮摩擦橡胶棒起电效果不佳,原因是玻璃棒和橡胶棒不易保住电荷,而且摩擦起电电压高,在高压之下,玻璃棒和橡胶棒所带电荷漏电较快。实验中,我发现用毛皮摩擦光盘做静电实验,现象非常明显。
  用皮毛摩擦过的光盘起电有如下特点:
  1.起电而不易“跑电”。光盘本身绝缘性能良好,即使用手接触摩擦后的带电光盘也不跑电。实验表明,光盘摩擦起电做静电演示实验,达到了很好的教学效果。
  2.光盘面积大,带电量多,如果用皮毛不遗漏地摩擦光盘的整个表面,光盘就近似为一个均匀的带电圆盘,离盘面较近的区域可视为匀强电场。
  根据上述特点,我改进了若干静电实验。
  静电屏蔽实验是对“处于静电平衡的导体,内部场强处处为零”最直观的验证。一般物理书上介绍的实验操作方法是:用带电的金属球靠近验电器,验电器的箔片张开;用金属网罩罩住验电器,让带电的金属球靠近,验电器的箔片不张开。
  按照此方法做实验,实验现象不太明显。这是因为金属球不能带较多电量,再加上金属网罩的限制,验电器上的金属球与带电金属球不能靠得很近,因此验电器张角很小。
  鉴于上述缺点,我对实验做了改进。如图一甲,取两个相同的演示验电器,靠近放在实验桌上,用皮毛摩擦过的光盘代替带电金属球从验电器的上方靠近验电器,两个验电器的箔片都张开,且张角很大。
  按图一乙所示,用金属罩罩住左边的验电器,将光盘靠近,发现左边验电器的箔片不张开,右边验电器的箔片张开。最后用金属网罩罩住右边的验电器,重复实验,结果仍然是被罩的验电器的箔片不张开。
  改进后的实验观象明显,可见度增大,操作方便,由单一的不同时对比变为同时对比,学生对实验的感性认识大大增强。
  一、氖泡放电实验
  1.器材
  皮毛、光盘A、氖泡B(试电笔上的氖泡、电子氖泡)、铝质盒C(易拉罐、铝质饭盒均可)。
  2.实验过程
  如图二,将铝质盒C放在实验桌上,毛皮摩擦过的光盘A放在铝质盒C上,一只手捏住氖泡B的一个极,另一个极与铝质盒C接触。这时,氖泡闪亮,同时发出“啪”的放电声。氖泡B移离铝盒C,光盘A远离铝质盒C。将氖泡B接触铝质盒C,结果又发现氖泡闪光、发声。重复实验,则氖泡能反复闪光、发声。
  二、滚动的易拉罐
  将空易拉罐放在光滑的桌面上,然后用摩擦过的光盘靠近易拉罐,可以看到易拉罐随着光盘的移动而滚动。
  该实验的原理是,由于易拉罐靠近带负电的光盘感应起电,易拉罐带上了正电,所以易拉罐随着光盘的移动而滚动。实验现象很形象地演示了感应起电现象。
  三、转弯散开的水滴
  在空的塑料瓶底端扎一个小孔,向塑料瓶中装满水,接着将它固定在实验台上,底端放一个盛水盆,即有一股线状水滴流入水盆中,用带电的光盘靠近水流附近,可以明显看到水流向光盘方向偏转,同时四处散开。
  当带电的光盘靠近水流时,由于静电感应,线状的水流感应带上相反的电荷,水滴就向着带电光盘方向偏转和四处散开。
  以上实验取材简单、趣味性强,同学们在家也可以做。不过在做实验时要注意:实验前将光盘表面及其他绝缘材料用干净的布擦干净;尽量选择空气湿度不大的天气,若空气湿度大,可将光盘、验电器放入干燥箱内烘干,以保持绝缘材料的绝缘性能。
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