靜電感應(yīng)實驗方法探討

   甘忠通 崇義中學  

    高中電場一章中關(guān)于靜電方面的實驗較多,而靜電實驗也是教師上課時較難控制的,甚至有些教師對靜電實驗進行了錯誤的講解。其主要原因是沒有深入的了解實驗的一些條件，當然也有一些教師只是紙上談兵，跟本沒有自己認真去做實驗，這樣出現(xiàn)錯誤的講解也就不足為奇了。靜電感應(yīng)是高中電場中第一節(jié)《電荷、庫侖定律》中的第一個實驗。這個實驗現(xiàn)象在日常生活中應(yīng)用的也很廣泛，后面我們學習靜電屏蔽等內(nèi)容也是要用到它?？梢妼o電感應(yīng)現(xiàn)象理解透徹對學生學好這一章知識非常重要，而教師上課時所需的靜電，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，因為這種摩擦起電所帶的電量不是很足且易漏掉，對我們做靜電實驗影響較大，有些教師平時靜電實驗做不成功，這也是一個原因?，F(xiàn)在我們來探討靜電感應(yīng)實驗的一些方法和注意事項。

    課本上是用帶電小球、枕形導體來做這個實驗的，這種方法有幾個問題要解決。一是帶電小球如何帶上足夠的電量，且能保持較長時間不衰減；二是兩金屬箔是否容易張開和閉合；三是感應(yīng)起電后的兩枕形導體是否容易漏電。如果以上問題得以解決，這個實驗也就成功一大半了，以下我們就來分析和解決。

    1、首先要對靜電有深入的了解。所謂靜電，就是不流動的電荷或稱靜電荷。它的產(chǎn)生有各種各樣的原因，最簡單的如摩擦起電，比較常見和常遇到的有：脫毛衣時衣服上出現(xiàn)的靜電放電火花，在干燥季節(jié)時，人們在地毯上行走時就可能產(chǎn)生靜電，當你的手伸向金屬物體時，手指就會對它放電。。。。。?？傊a(chǎn)生了電荷，一時又流不走，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，一般能達到千伏級，甚至萬伏級。因為電壓與電荷量成正比，而與電容成反比?？墒请娙萃ǔ６己苄?，所以靜電荷的電壓很高。

    實驗室產(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)起電機和范德格拉夫起電機起電。

    2、怎樣保持靜電不會很快的漏掉。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，可能變成導體。當帶靜電物體周圍的空氣濕度較大時，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)會漏光。當然影響靜電放電的因素很復雜，但主要的因素有以下幾點：（1）  溫度和濕度的影響。濕度和溫度對靜電放電都有影響，其中濕度影響更大。由于相對濕度增加則非導體材料的表面電導率增加（當相對濕度超過60%時，絕緣體表面會因吸附空氣中的水分形成水膜，使材料表面的導電率大大增加），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。對人體來講，相對濕度在30%-50%時，帶電很多，而在超過70%時幾乎不帶電，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，氧化吸附等對靜電的影響很大。不同的材料，不同的表面狀態(tài)，對靜電的影響都不同，在實際的應(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，讓金屬箔與枕形導體充分接觸。

    針對上面的分析，可對實驗進行如下處理。1、保持C小球、A、B兩枕形導體的絕緣性能，對器材進行清洗，可用酒精清洗。2、保持實驗環(huán)境干燥通風，對儀器進行烘干或曬干。 3實驗動作要快，以免電荷漏掉。3、用透明膠把細薄金屬箔貼好，注意讓它能自由輕松地張開。這樣這個實驗定能做成功。

    當然，課本上實驗后面第三段說：“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。”這樣一種現(xiàn)象還不足于說明這是等量異種電荷，因為A、B兩枕形導體很容易漏電，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。所以我們可以改進這個裝置,用兩個指針驗電器代替金屬箔，然后用導線把枕形導體和指針驗電器連接起來，指針驗電器的外殼要接地。這樣兩枕形導體帶電的情況就可直接通過指針驗電器反應(yīng)出來，提高它的精確度和靈敏度。

    仔細分析和動手操作，發(fā)現(xiàn)通過上面的改進在空氣較潮濕的時候效果還是不理想，因為C球和枕形導體及導線接確點還是容易漏電。有沒更簡單有效的方法呢？我們可以采用如下方法。

    器材：叁個指針驗電器、一個連接桿、三塊泡沫、一根玻璃棒、一根橡膠棒、一塊毛皮、一塊絲綢。

    實驗步驟：  

    1、實驗前幾天把驗電器、連接桿清洗干凈后放到陽光下曬干(無太陽則用用儀器烘干)。然后放到干燥、干凈的地方保存。

    2、課前用干凈的泡沫把驗電器、連接桿擦幾遍，注意手要洗干凈，不要亂摸儀器。

    3、實驗時，把A、B兩指針驗電器平放在桌面上，然后用連接桿把兩驗電器連接起來，再叫一個學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。然后讓學生把帶靜電的泡沫靠近驗電器的一邊，這時兩驗電器便感應(yīng)上了靜電，兩驗電器的指針同時張開相同的角度。接著把泡沫移開，發(fā)現(xiàn)A、B兩驗電器的指針也同時閉合，說明這時兩驗電器沒有感應(yīng)上電荷。再次反泡沫靠近驗電器，發(fā)現(xiàn)指針又張開，這時應(yīng)先把驗電器上的連接桿移去，再把泡沫也移去，發(fā)現(xiàn)兩驗電器所感應(yīng)上的感應(yīng)電荷同時存在，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驗電器C上，接著把泡沫上的電荷與驗電器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兩驗電器所帶的感應(yīng)電荷檢驗出來。當然我們也可以直接用玻璃棒與A、B接觸來檢驗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實驗可以不受場所和天氣的影響，實驗效果更明顯、理想。當然在做的時候還要注意一個問題，連接桿的兩端是尖的，很容易發(fā)生尖端放電，在連接的時候一定要用連接桿與驗電器的小球接觸，且不能讓連接的兩端伸出來。

    總之，靜電感應(yīng)這個實驗之所以難做，就是因為儀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，觀察不到實驗現(xiàn)象。對于靜電的其它一些實驗，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：

《中學物理教學法實驗》    李桂福  段金梅

《國家電工手冊》           黃福生  劉海