新课程下静电实验的探究

摘 要：物理学作为一门实验科学，在新课程背景下对物理教师的实验能力提出了新要求，笔者通过结合多年的教学实际，就接触起电和感应起电做了改进，达到很好的演示效果。

关键词：静电实验；摩擦起电；感应起电；改进

物理学是以观察、实验为基础，它的规律都是通过对生活中的一些现象观察和在实验的基础上，认真思考总结得来的。而高中物理学科更是对老师和学生的能力考查的重要学科，如果我们不重视学科的特点，而是一味地强调书本的文字知识，将会严重制约学生的思维发展，影响学生对物理学科的学习兴趣。由此可见物理实验极其重要，而创新实验更是激发学生学习物理兴趣的重要途径，在这里，本人就高中物理实验中比较难做的静电实验进行了一些探究。

静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。静电是一种电能，它留存在物体表面；静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子或离子的转移而形成的。静电的三大特点：（1）电压高；（2）静电感应突出；（3）尖端放电现象严重。故在很多时候很难做成明显的静电实验，下面本人从起电的方式方面进行有关的改进，具体如下：

一、摩擦起电

由于不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同，当两个物体相互摩擦时，哪个物体的原子核对核外电子的束缚本领弱，它的一些电子就会转移到另一个物体上，失去电子的物体带正电，得到电子的物体由于带有多余的电子而带负电。所以，平时我们做的摩擦起电，如用丝绸摩擦玻璃棒或毛皮摩擦橡胶棒（如下图），经常由于玻璃棒和橡胶棒不易保持电荷而很难观察到明显的现象，并且书本上用带电的橡胶棒吸引轻纸屑演示时学生看不清楚，趣味性不强。

在此，本人经过一番研究和实验，发现用平时我们喝饮料的吸管做静电实验比较明显，并且效果很好，学生非常感兴趣，具体如下：先准备几根吸管，可以整根，也可以用剪刀剪成几段，注意要干燥的，不要吸了饮料再使用，然后把吸管在自己的头发上来回摩擦几次，再轻轻贴着墙壁放上去，就会看到摩擦过的吸管贴在墙壁而不掉下来的神奇现象了，如果需要不同的吸管拼图，可以用剪刀剪好长度，后按上面的方法把吸管摩擦头发再放上去就行了（如下图）。

究竟是什么原因使得其如此神奇呢？其实这也是摩擦起电的一种方式，吸管摩擦头发由于得到多余的电子而带负电，而墙壁上有很多微小的小颗粒，类似小碎纸，可以引起带电体的吸引。而根据牛顿第三定律，它们也会吸引带电的吸管，因此带电的吸管就这样能紧贴在墙上了。当然，实验中用薄膜袋来代替吸管也会取得很理想的效果。

二、感应起电

感应起电是当一个带电体靠近导体时，发生静电感应现象，即发生静电感应现象的条件是带电体靠近导体。其实质是在导体上的电贺作用下，另一导体的正，负电荷发生了分离，是电荷从倒替的一部分转移到了另一部分，异性相吸，所以靠近带电导体的那一端应该与带电导体带异种电。如书本所示：取一对用绝缘柱支持的金属导体A和B，导体上都贴有金属箔，让A和B彼此接触，这时A和B上的金属箔闭合，表示它们都没有带电。把另一个带正电的金属球C移近导体A，这时A，B上的金属箔都张开了，表示它们都带了电。实验表明，靠近C的导体A带的电荷与C异号。远离C的导体B带的电荷与C同号。将AB导体分开，A和B带有等量异种电荷。AB导体分开后，金属箔由于带有同种电荷，继续保持张开。

这种起电方式叫感应起电，理论很简单，但要想在课堂上作为演示实验来做并成功，不见得是件容易的事情，原因是这绝缘要求非常高，包括空气中的电荷中和都要考虑，并且A，B所带电荷很少，检测比较困难，所以很难用在教学上演示，在这里，我把实验做了改进，并且取得了很好的效果，如下：开尔文滴水起电机。

开尔文滴水发电机的结构如图所示：在贮水漏斗下用三通管把水路分为左右两支，由接在管口的注射针头流出，金属容器1、金属容器2都放在绝缘的石蜡块上，圆环1与容器2用金属杆联结在一起，圆环2与容器1也用金属杆联结在一起。两容器放置的位置正好使两圆环的轴线在针头的正下方。打开阀门1、2，可见水从两侧的注射针头流出，沿直线穿过金属环流到金属盆中。一会儿后，两侧的水流变为细小的水滴，并向四面散开，在接近金属盆处向上翻起，与金属盆1相连的验电羽张开。

下面简单地介绍这种起电机的原理：当水从注射针头流出时，总有一些带电的水滴流出，假定在某一时刻有带正电荷的水滴从左侧流下，流到金属盆2中，使盆带微量的正电荷，由于金属盆2与金属环1相连，所以金属环1也带正电荷，它将对右侧的针头感应，使右侧的水流带负电荷，流到金属盆1中，就使盆1带负电，又由于金属盆1与金属环2相连，所以金属环2就带了负电荷，它又感应使左侧的水流带正电荷。这一过程是一个正反馈的过程，一旦出现带电的水滴，就会使以后的过程保持其带电种类的记忆性，因此就会使两盆的电荷相异，并且电量越来越多，于是出现上述的现象。同样用电笔通过观察氖管的发光也能检验各导体部分带电的种类。需要注意的是，上面的实验要想取得成功，绝缘和防尖端放电是关键，所以金属盘下面的绝缘块我用的是很厚的石蜡块，厚度不低于三厘米，太薄实验验证漏电严重，无法观察到起电现象。

三、接触起电

又称接触-分离起电。接触起电是最广泛的静电起电方式之一。接触起电是指异质材料互相接触，由于材料的功函数不同，当两种材料之间的距离接近原子级别时（约25埃），会在接触的两个表面上产生电荷，从而形成带电体的现象。接触起电，包括固-固接触起电、固-液接触起电、固-气接触起电等。这个比较简单，在这里就不做介绍了。

以上是我在长期的教学工作中对静电实验的一些探讨，阐述得不对的地方请各位专家、同行批评指正，以便更好地做好新课程下的高中物理静电实验。

参考文献：

1.Kelvin？摇water？摇dropper.维基百科.

2.陈熙谋，吴祖仁.物理（选修）3-1.教育科学出版社，2013.03：4-6.

（作者单位：广西藤县第一中学）