物理人教版高中选修3-1关于静电感应演示实验的一些想法

静电感应演示实验的改进
高中物理新课标（选修1-1和选修3-1）安排了一个关于“静电感应”的演示实验，原实验如图所示。

由于实验室没有下部带有金属箔片的金属导体，所以按照教材介绍的方法来演示很困难，现改进为：
取一对箔片验电器A和B，使它们用带鱼夹的导线相连，起初它们不带电，里面的金属箔片是闭合的。

把带正电荷的球C移近导体A，金属箔有什么变化？
先把验电器A和验电器B相连导线的一端拿掉，然后移去C，金属箔又有什么变化？
再把验电器A和验电器B相连的导线接上，又会看到什么现象？
利用上面的实验，解释看到的现象。

巧用肥皂泡做静电演示实验
在高中物理（必修加选修）第117和118页，有图13－1和图13－2两个静电演示实验。

可是要在课堂上做好这两个演示实验比较难，且对学生来说可见度不好，趣味性不强。

笔者在长期的教学实践中，摸索了一种用肥皂泡演示静电的实验，其可见度好，趣味性强。

现介绍如下，以供同仁们参考。

一、材料准备
（1）儿童玩的吹肥皂泡的筒和肥皂水或一般的肥皂水；（2）铁架台；（3）直径为5mm两端弯曲的玻璃管；（4）手捏式橡皮打气囊和20cm～30cm长的乳胶管；（5）带绝缘手柄的方形或圆形金属板；（6）内径为5mm长5mm的小金属环；（7）静电起电机和若干节导线。

二、制作方法
如图1所示，将玻璃管固定在铁架台的直柱上，把乳胶管和小金属环分别套在玻璃管的两端，打气囊套在乳胶管的
另一端；在金属环和金属板上分别接上导线，导线的另一端接到起电机的金属球上去。

三、演示方法及过程
1．演示同种电荷相斥现象
将金属环和金属板上的两根引线接到起电机的同一个金属球上，在金属环上蘸上肥皂水，捏打气囊使金属环出现肥皂泡，待肥皂泡出现时摇动起电机，金属环上的肥皂泡和金属板就会带上同种电荷。

再用打气囊给肥皂泡突然充气，气流冲击肥皂泡使之脱离金属环，形成一个带电的能够在空中自由下落的肥皂泡，如果这时用带同种电荷的金属板去接近肥皂泡，我们就会看到肥皂泡明显地受到排斥，如图2所示。

若在空中一定位置上，肥皂泡受到重力、浮力和静电斥力而平衡。

这时我们可以使其托起在空中漫游，肥皂泡将随着球拍的升降而沉浮。

在空中的存留时间可达到一分多钟，特别生动有趣。

2．演示异种电荷相吸现象
将金属环和金属板上的两根引线接到起电机的不同金属球上，其余的与上面做法相同。

如果这时用带异种电荷的金属板去接近肥皂泡，我们就会看到肥皂泡明显地受到吸引，如图3所示。

若在空中一定位置上，肥皂泡受到重力、浮力和静电引力而平衡。

这时我们也可以使其吸引着在空中漫游，肥皂泡将随着球拍的升降而沉浮。

在空中的存留时间也可达到一分多钟，这一现象更为有趣。

3．演示电荷在电场中的偏转
在演示异种电荷相吸现象的基础上，我们稍加改变，就可以演示电荷在电场中的偏转了。

如图4所示，我们把金属板竖直地放在金属环的右侧，就会明显地看到，肥皂泡在带电金属板的电场中沿曲线向金属板运动，从而演示了电荷在电
场中偏转的情景。

研究电感、电容对突变电流的影响
在物理教学过程中，演示实验是学生认识物理规律的感性基础，是学生加深对物理概念理解的重要环节。

人教版《全日制普通高级中学教科书（必修加选修）物理第二册》第十八章第三节中研究电感对交变电流阻碍作用的实验电路如图1，是利用双刀双掷开关S可以分别把这个电路接到直流电源或交流电源上。

教材要求在实验过程中取直流电压跟交流电压的有效值相等。

当开关S接通直流电源时，灯泡亮些；接通交流电源时，灯泡变暗，就表明电感对交变电流有阻碍作用。

这个实验看似简单但实际操作起来既烦又难达到教材的要求。

该实验的设计存在以下两点不足：
（1）实验中要求直流电压跟交流电压的有效值相等，需要一个非常复杂的电路来调节电压值，实行起来很不方便。

（2）当开关S从直流电源扳到交流电源时，让学生观察同一只灯泡在不同时间里的亮度变化并对其进行比较，学生对实验结果的比较和判断有困难。

针对以上问题，笔者在确保效果明显不失科学性的前提下，对该演示实验进行了改进并自制了示教板，经过多次反复演示，教学效果很好。

二、实验改进的设计思想
（1）为了达到实验的可比性，将两只相同的灯泡并联，如图2所示。

为了调节在直流电源情况下，两只小灯泡的亮度相等。

笔者在灯泡R2上串联了一个5Ω3A的滑动变阻器R’。

（2）无论电路是接直流电源还是接交流电源，只需观察两只灯泡的亮度变化便可直接比较判断电感和电容在交流（直流）电路中对电流的影响。

（3）在改进自制教具时尽量考虑普通高级中学现有器材的利用。

三、自制实验装置的要求
（1）改进后的实验示教电路如图2、图3所示。

（2）器材要求：R1、R2为规格完全相同的小灯泡（3．8V 0．3A或6．2V 0．3A）；L为J2423的可拆变压器，用绿色线圈的0匝与400匝这两个抽头即可；R’为滑动变阻器，一般用阻值为5～10Ω的即可，阻值太大调节效果不明显；S 为双刀双掷开关；交、直流电源均可用J1202的高中学生电源；C为电容器（电容器的电容最好控制在20～300μF之间，可用电子线路实验箱中的电容器）。

四、演示步骤及现象分析
1．研究电感对突变电流的影响
（1）电路如图2先将绿色线圈取出（无铁芯）做纯电阻电路演示，将开关S先接通直流电源，调节滑动变阻器使两灯亮度相同。

然后再将开关S接通交流电源便会发现两只灯泡亮度仍然相同。

现象分析：当线圈是纯电阻时对交变电流无影响。

（2）将绿色线圈套入可拆变压器的U臂端，把开关S接通直流电源时，两只小灯泡的亮度相同。

然后再把开关S接通交流电源，发现灯泡已明显比灯泡R2暗。

现象分析：电感有通直流、阻交流的作用。

（3）将可拆变压器的条形铁轭放上后，当开关S接通直流电源时，两只小灯泡亮度相同。

再把开关S接通交流电源时，发现灯泡R2变亮，则R１微亮或不亮。

现象分析：电感越大，对交流电的阻碍作用也就越大。

通过以上三次对电感L变化的演示，学生不但能十分肯定的判断出电感具有“通直流、阻交流”的特性，而且对电感对交变电流的影响这个概念也有了更深刻的理解。

2．研究电容对交变电流的影响
（1）如图3把开关S接通直流电源时，发现灯泡R1不亮、灯泡R2亮，再把开关S接通交流电源时，发现两灯泡均亮且灯泡R1要比灯泡R2暗，如又将电容C短接则会发现R1和R2亮度相同。

现象分析：电容有隔直流、通交流的作用，但对交流也有一定的阻碍作用。

（2）换用500～1000μF的大电容器时，把开关S接通直流电源，发现灯泡见不亮、灯泡R2亮，再把开关S接通交流电源时，发现灯泡R1比接小电容器时的亮度明显增加，两只灯泡的亮度几乎相同。

现象分析：电容越大，电容器对交流电的阻碍作用就越小。

五、改进后的演示实验优点
（1）取材方便、操作简单、现象明显直观。

（2）避开了直流电压跟交流电压的有效值相等这个难以实现的条件，化解了实验的难点。

（3）将一只灯泡在不同时间的亮度变化比较改为在同一时间内两只灯泡亮度变化的比较，这样学生对实验现象易比较、易判断、易理解。

判断静摩擦力的方向
在解决有关摩擦力的问题时，也许你感到判断静摩擦力的方向比较困难。

因为两个物体之间没有产生相对运动，所
以想象起来是不容易的。

通过下面的实验可以帮助你找到一种方法。

取边长为10厘米左右的薄木板或硬纸板，图钉，适当的重物（如秤锤或小砖块），线、鞋刷（或牙刷）2只等备用。

实验1：把许多图钉均匀地钉在薄板上，要求图钉穿过薄板使钉尖露出，再把重物用线捆在薄板上，如图1．5－1所示。

实验时，将它们放在手掌上，使钉尖与掌心接触，然后轻拉木板（保持木板不动），再改变拉力的方向，多次实验，你就会感受到上面的物体对你的手掌所产生的静摩擦力的方向。

将手掌突然启动，再骤然停止，或者匀速地托着物体运动，在这三种情况下，你的手掌的感觉有什么区别吗？
实验2：将一只鞋刷刷毛向下地放在粗糙的平面上，用手水平地推鞋刷，观察一下刷毛向什么方向弯曲；把鞋刷翻一个身，使刷毛向上，把另一个表面粗糙的物体放在刷毛上，水平推这个物体，看刷毛向什么方向弯曲。

也可以用两只鞋
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刷，使刷毛相对地放在一起，推其中的一只鞋刷，在不产生持续滑动的情况下，观察刷毛的形状有什么变化。

从这些观察中，你可以判断各自所受的静摩擦力的方向。

如图1．5－2所示。

通过上面的实验，教给你一种判断静摩擦力方向的方法，就是当物体间存在有相对运动趋势时，你可以设想它们的接触面将发生怎样的形变，某物体所受的静摩擦力的方向就是促使它产生形变的方向。

学习参考。