高中电场磁场创新实验改编浅析.docx

 PAGE \* MERGEFORMAT 33 电磁学部分创新实验的设计与应用 第一部分 电场的实验改进与设计 电场中的导体演示实验的三种改进设计 关于空腔导体电荷分布的演示 空腔导体处于静电平衡时，电荷只分布在导体的外表面。但用法拉弟圆筒演示这一现象往往不易成功。其原因除了绝缘不漏电外，还由于圆筒半径以及取电球半径很小，容纳的电荷较少，它们带电时电势较高，容易放电。所以很难通过验电器演示出来。经过多次教学实践证明，用金属网罩演示这一现象可取得满意的效果，河南师大物理系平玉惠老师介绍其方法是： = 1 \* GB3 ①先将金属网罩（我们用的是直径约 0.2毫米的铁丝编制的，孔的面积约4平方厘米，网罩的高度约 18厘米）内外壁分别贴上薄而质软的纸条 粘一圆片，然后将其放在带有绝缘支座的金属圆盘上。 = 2 \* GB3 ②用有机玻璃板（我们用的有机玻璃板宽 10厘米，厚约3毫米，长约 15厘米）摩擦，将摩擦后的有机玻璃板和金属网罩接触并来回滑动（使较多的电荷转移到网罩上），重复 几次，即可看到外壁上的纸条迅速张开很大的角度（可达 30°以上）而内壁的纸条却安然不动。这一事实说明当金属网罩（可看作空腔导体）带电时内壁没有电荷，仅外壁带电，因而将纸条排斥开来（因纸条和外壁接触带同种电荷。） = 3 \* GB3 ③用手指接触金属网罩，即可看到因网罩失去电荷，外壁纸，而内壁纸条仍无任何变化。 关于空腔导体对腔内物体屏蔽作用的演示 将验电器放置在带有绝缘支座的金属圆盘上，然后用与丝绸摩擦过的有机玻璃板靠近验电器的金属小球，即可看到验电器因受带电有机玻璃板产生的电场作用，使验电器的箔叶张开，移去有机玻璃板，将金属网罩罩在验电器上，再用和丝绸摩擦过的有机玻璃板隔着网罩靠近验电器的金属小球，这时会看到验电器的箔叶安然不动，这就说明网罩内空间的电场强度为零；腔内的验电器得到了屏蔽。 3、关于空腔导体对腔内带电体屏蔽作用的演示 将和丝绸摩擦过的有机玻璃板靠近验电器的金属球，其箔片张开（如图 ），说明有机玻璃板在未屏蔽前产生的电场对验电器的作用。 使带电的有机玻璃保持在验电器上方不动，用另一只手拿着金属网罩（手拿网罩，相当于将金属网罩外壁接地）罩在有机玻璃板上（注意不要和有机玻璃板接触），此时，即可看到原来张开的箔叶回到原来的位置如图 所示。这就说明了接地金属空腔屏蔽了腔内的带电体。另外也可以用小型的半导体收音机代替验电器说明导体空腔对腔内物体的屏蔽作用，效果也很好。做法是先将半导体收音机打开，选择一个电台（注意音量不要太大，教室内的同学能听到即可），然后一手拿着半导体收音机，一手拿着金属网罩将收音机放入网罩内（贴近金属丝）然后再将收音机取出，可以明显地觉察到旋入网罩后声音减弱，这就说明金属网罩对电磁波的电场作了屏蔽，并结合这一现象说明了为什么在火车车厢里收音机音量较小或收台较少的原因，这样把实验结果和生活中遇到的现象结合起来，学生更感兴趣。 二、静电演示实验在面积大约 0.5m2的塑料泡沫板上面附一层塑料薄膜，用丝绸或毛皮摩擦板面，使之起电，将起电后的塑料泡沫板置于两验电羽之上。 （如下图），使验电羽接触电，由于这时两验电羽带上了相同的电荷，它们之间就会有斥力产生，从而验证同性电荷相斥的性质。用类似的方法，使两个验电羽分别带上异种电荷，即可观察到验电羽相吸的现象。 验电羽的制作方法：底座用水泥块，塑料筷子做支架，支架上支撑一个小泥球，把蜡纸剪成细条均匀的贴在小球周围。由于蜡纸条比厂制验电羽的细线更轻，因此效果十分明显，且成功率极高。 三、库仑实验的设计与改进 库仑实验是电磁学中著名实验之一。该实验的结论———库仑定律的发现是电磁学发展史上非常重要的一步。现行高中物理教材（新课标选修人教版3-1）库仑定律和库仑实验都做了详细的介绍。为了搞好该定律和该实验的教学，我们物理教师必须从多方面加深对库仑实验的理解。湖南隆回二中洪福老师作了如下分析。1、对“相同的金属小球”含义的理解 虽然库仑实验与卡文迪许测万有引力恒量的实验非常相似，但库仑却在其实验中巧妙地解决了当时还没有电量概念的电量问题。即把一个带电量 q的金属小球与一个相同的不带电的金属小球相碰后，则每个小球各带 相同 的电量。用同样方法可获得 0.5q 、0.25q、0.125q……等一系列数值不同的电量。笔者认为这里所指的“相同的金属小球”有两个含义：一是指两个小球的材料相同；二是指两个小球的大小相同。2、对库仑实验获取不同电量的理解 库仑做其实验时还没有电量的概念，更没有电势（电位）的概念。为什么一个带电量为 q的金属小球与一个相同的不带电的金属小球相碰后，二者带电量相等且各为 0