“电场强度”演示实验的改进

人教版高中物理选修3-1第一章第三节《电场强度》一节需要演示同一带电小球在距场源不同位置时丝线偏离竖直方向的角度的变化来说明不同位置电场的强弱和方向不同，如图1所示。但静电实验难做，成功率极低，使得很多教师选择不做实验或用模拟实验完成教学，但这不符合新课程理念，也达不到获得最佳的教学效果和提高学生兴趣的目的，为此，想方设法完成该实验成为了一个极其重要的问题。

一、实验中遇到的困难

静电实验难做，主要是由于孤立带电体和悬挂小球本身带电量很少，再加上绝缘性能不够好和空气湿度的影响，使得放电很快，电荷量迅速减少。重庆地区五月的天气更是雨多晴少，下雨时实验根本无法完成。另外，单线悬挂的小球稳定性差，容易乱摆。若用能带上大量电荷的范氏起电机实验，由于电荷量大和小球电荷消失快，使大金属球往往把小球作为轻小物体而吸引或使小球乱摆更剧烈，甚至由于小球表面不平整导致尖端放电，这些因素都造成了该实验的成功率极低。为解决这一问题，我们经过长时间的摸索和多次的实验，对该实验进行了改进。

二、改进方法

1.悬挂的小球用泡沫塑料制作，直径2cm左右，将烟盒内锡纸内层的纸用火烧掉，取下锡纸包裹在泡沫塑料球外，这样做可以减小小球质量以获得更大的偏角。

2.制作两个小泡沫金属箔球，用细直铜丝作为悬线，注意铜丝穿过小球后要与小球外的金属箔接触。

3.用范氏起电机的大金属球作为场源，可以获得持续的更大的电荷量以产生更强的电场。

4.用金属杆作为悬挂小球的支架，固定在铁架台上，将制作好的两个小金属箔球悬挂在金属杆上。

5.铁架台底部垫一泡沫垫，最好在铁架台底部涂上蜡，让铁架台与地面绝缘。再在铁架台上系一根导线使之与范氏起电机金属球相连。

三、改进实验的原理

实验装置如图2所示，小金属箔球通过金属悬线、金属杆、铁架台和导线与范氏起电机的金属球相连。启动起电机后，两小金属箔球与场源带同种电荷受排斥力而向两侧偏离竖直方向，用绝缘棒移动悬挂点的位置，可以看到离场源越近偏角越大，说明电场在不同的位置方向不同，离场源距离不同的地方电场的强弱不同，离场源越近电场越强。

四、改进后的优点

常规实验中由于带电体带电荷量少，小球偏角小，实验效果不明显，或小球受力不稳定，阴雨天时空气湿度大，电荷消失快，实验更不易成功。做上述改进后，由于金属箔球与场源相连，则必带同种电荷，不会出现不排斥反被吸引的现象，且由于起电机一直处于工作状态，电荷也不会消失，金属箔球受稳定的排斥力而现象明显且稳定易观察，并且这样改进后也克服了静电实验受天气影响大，在阴雨天实验不易成功的问题。

做这样的实验改进，操作简单易行，现象十分明显，并能保证成功，突出了实验效果，为学生归纳总结出电场的特点打下了坚实的基础，同时也提高了学生的兴趣和积极性，能使本节课的教学获得最佳的教学效果。

（作者单位：1.重庆市涪陵实验中学？摇2.重庆市涪陵第一中学校）