对_探究影响电荷间相互作用力的因素_演示实验的一点建议_居津

在人教 版 “库 仑 定 律 ”教 学 时，教 材 首 先 通 过 演示 “探究影响电荷间相互作用力的因素”的定性 实验引入．一 方 面 突 现 类 比 的 方 法 在 该 定 律 建 立 过程中所起的重要 作 用，另 一 方 面，库 仑 的 实 验 是 建立该定律 的 重 要 基 础，该 实 验 结 果 有 力 地 证 实 了多位科学 家 的 猜 想，所 以 这 个 演 示 实 验 显 得 尤 为重要．它不仅丰富 了 学 生 的 感 性 认 识，而 且 体 现 了探究电荷间相互作用力与哪些因素有关的过程 与方 法．由 此 可 见，做 好 这 个 实 验 非 常 关 键．但 这 个演示实验 成 功 率 非 常 低．对 于 条 件 好 的 学 校 可 以用范式起电机来 演 示，但 如 果 没 有 范 式 起 电 机， 甚至连韦氏起电机都没有时很多学校会选择放弃，
折不要形成尖端．在 导 体 球 表 面 覆 盖 一 层 塑 料 纸，
再在塑料纸表面覆盖一层铝箔纸并用鳄鱼夹将铝
箔纸接地．这 样 操 作 的 目 的 是 使 导 体 球 与 铝 箔 纸 形成一个 电 容 器．［１］可 以 利 用 韦 氏 起 电 机 的 一 个
金属球靠近 露 出 的 铜 丝，从 而 使 与 铜 丝 连 在 一 起
然，要 让 实 验 成 功 的 首
要条件是让球形导体带
大量 的 电 荷．一 般 做 法
是用感应起电机的一个
金属球 靠 近 球 形 导 体，
用感应起电机使球形导 体 带 电 （如 图 ２）．实 际 上
图２
这种做法使导体球所带的电荷量远不能达到本实
验的要求，如果是人 多 潮 湿 的 环 境，用 这 种 方 法 使
球形导体带电，效果 不 佳．而 且 用 这 种 操 作 方 法 具
体实施时，起 电 机 的 导 体 球 和 球 形 导 体 间 容 易 产
生放 电 现 象，从 而 使 导 体 球 带 电 荷 量 更 是 微 乎
其微．
建议可采 用 以 下 做 法：在 导 体 球 与 绝 缘 支 柱
接触处可用 铜 丝 绕 一 圈，并 将 铜 丝 露 出 的 一 端 弯
（ａ）
（ｂ）
图３
悬线的选 择．悬 挂 用 的 线 最 好 使 用 质 量 较 小 的绝缘丝线 或 钓 鱼 线．在 悬 挂 前 可 用 石 蜡 涂 抹 绝 缘丝线以防静电摆漏电．
静 电 摆 离 球 形 导 体 的 距 离 ．静 电 摆 与 导 体 球 的 距 离 不 宜 过 远 ，以 不 带 电 竖 直 悬 挂 时 两 球 不 接 触 为 佳 ．同 时 可 以 在 每 个 静 电 摆 下 方 （上 方 也 可 ） 做 竖 直 标 记 ，从 而 观 察 每 个 静 电 摆 偏 离 竖 直 方 向 的 角 度 ，如 图 ４ 所 示 ．如 果 是 一 个 静 电 摆 也 可 以 做 角 度 标 记 ，以 观 察 其 偏 离 竖 直 方 向 的 角 度 改变．
图５
解 析：（１） 设 运 动 员 从 开 始 自 由 下 落 至 １．５ｋｍ高 度 处 所 经 历 的 时 间 为ｔ，下 落 距 离 为ｓ，在 １．５ｋｍ 高度处的速度大小为ｖ．由运动学公式有
ｖ＝ｇｔ，
（１）
ｓ＝ １２ｇｔ２ ，
（２）
ｓ＝（３．９×１０４－１．５×１０３）ｍ．
（３）
因本试 题 条 件 “３９ ｋｍ”、“１．５ ｋｍ”、“ｇ＝
导体球的漏电．建 议 绝 缘 支 柱 要 洁 净，如 果 表面有污垢可用丝绸 擦 拭．同来自时，在 实 验 操 作 时 务 必
在 绝 缘 支 柱 下 方 垫 石 蜡 ，保 证 没 有 漏 电 ．
（２）静 电 摆 ．
静电摆的 制 作：静 电 摆 应 该 用 导 体．在 人 教 版
《物 理》选 修 ３－１《教 师 教 学 用 书 》中 也 提 供 了 两 种 静
图４
参考文献：
１ 陶 洪．物 理 实 验 论 ［Ｍ］．桂 林：广 西 教 育 出 版 社， １９９６，１２．
２ 课程教材 研 究 所．教 师 教 学 用 书 ［Ｍ］．北 京：人 民 教 育 出 版 社 ，２０１２，１０．
（收 稿 日 期 ：２０１４－０８－２４）
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电摆的制作．本文对其中一种方法加以改进．如果用 泡 沫 塑 料 ，《教 师 教 学 用 书 》中 指 出 可 以 在 外 面 包 一 层铝箔纸．但是实际操作时有一定的困难，用铝箔纸 包裹表面不会非常光滑，易形成尖端导致漏电．
建议可采 用 以 下 做 法：一 般 都 不 会 正 好 有 符 合大小要求 的 泡 沫 小 球．所 以 可 以 先 用 小 刀 削 一 个大小适中的小球（直径 大 约 在 １ｃｍ 为 佳）．但 该 小球不会非常圆．我 们 可 以 再 将 小 球 放 手 中 揉 搓， 使其圆小球 上 或 撒 在 小 球 上 也 可．待 胶 水 干 后 将 大头针拔出，留下过 直 径 的 孔 可 用 于 穿 丝 线 悬 挂， 如图３所示．这 样 可 制 作 一 个 体 积 可 控 制 质 量 又 不大的静电摆．
１０ｍ／ｓ２”均为２位 有 效 数 字，所 以，联 立（１）～ （３）
式 可 得ｔ＝８７ｓ，ｖ＝８．７×１０２ ｍ／ｓ．
（２）运动员达到最大 速 度ｖｍ 时，加 速 度 为 ０，
由牛顿第二定律有
Ｍｇ＝ｋｖｍ２．
（４）
由所给的ｖ－ｔ 图像可读出
ｖｍ ≈３６０ ｍ／ｓ．
（５）
因试题已 经 明 确 “结 果 保 留 １ 位 有 效 数 字 ”，
这对教学效 果 会 大 打 折 扣．那 么 究 竟 哪 些 因 素 会
影响这个实 验 的 成 功 率，在 没 有 起 电 机 的 条 件 下
能使实验成功吗？本文将做详细分析．
１ 影 响 因 素
观 察 这 个 实 验 （如
图１），所 涉 及 到 的 主 要
仪器有两个：球形导体 Ｏ
和 静 电 摆．影 响 因 素 自
的导体球感 应 带 电，并 在 电 容 器 的 另 一 极 铝 箔 纸
上感应出相 同 的 电 荷．在 没 有 起 电 机 的 条 件 下 也
可以用起电 盘 反 复 多 次 与 铜 丝 接 触，使 其 带 有 足
够的电荷．接着移走 铝 箔 纸 和 塑 料 纸．相 当 于 将 电
容器的一个 极 板 移 开，这 样 迅 速 减 小 了 电 容 器 的
离 ．（３）悬 挂 线 的 选 择 ．
２ 建 议 与 对 策
（１）球 形 导 体 ．
球形导体 的 选 择．球 形 导 体 可 选 择 适 当 大 些
并要求表面 光 滑 洁 净，不 能 有 锈 斑 或 破 损 的 金 属
球 ，否 则 易 在 锈 斑 处 形 成 尖 端 导 致 漏 电 ．
导 体 球 的 带 电．显
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．２ （２０１５）
物 理 教 师 ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＥＡＣＨＥＲ
第 ３６ 卷 第 ２ 期 ２０１５ 年
对“探究影响电荷间相互作用力的因素” 演示实验的一点建议
居 津
（江苏省苏州实验中学，江苏 苏州 ２１５０１１）
摘 要：“探究影响电荷间相互作用力的因素”演示实验有着重要 的 作 用．但 这 个 演 示 实 验 的 成 功 率 很 低 ，究 竟 哪些因素会影响这个实验的成功率呢？在没有良好器材的条件下能演示好这个实验吗？本文将做详细分析． 关 键 词 ：球 形 导 体 ；静 电 摆
所 以 由 （４）、（５）式 解 得ｋ＝８×１０－３ ｋｇ／ｍ．
中学物理 中 的 有 效 数 字 问 题 看 似 很 小，实 则
极为重要，它 关 乎 学 生 科 学 素 养 以 及 思 维 品 质 的
培养 和 提 高．愿 广 大 教 师 关 注 细 节、严 谨 教 学，重
视中学物理中的有效数字问题．
（收 稿 日 期 ：２０１４－１０－０３）
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第 ３６ 卷 第 ２ 期 ２０１５ 年
物 理 教 师 ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＥＡＣＨＥＲ
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．２ （２０１５）
分 析 静 电 摆 ：（１）静 电 摆 的 质 量 与 体 积 会 直 接
影响它的 摆 动 程 度．（２）静 电 摆 离 球 形 导 体 的 距
然也来自于这两个方面．
图１
分析球形导体：（１）球 形 导 体 的 带 电 荷 量．这
是 实 验 能 否 成 功 的 重 要 因 素 之 一 ．（２）带 电 的 球 形
导体是否漏电．
状，横截面积及空气 密 度 有 关，已 知 该 运 动 员 在 某 段时间内高速下落的ｖ－ｔ 图像如图５ 所示，着 陆 过 程中，运动员和所携 装 备 的 总 质 量 ｍ＝１００ｋｇ，试 估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力 系 数 （结 果 保 留 １ 位 有 效 数 字 ）．
正对面积增 大 两 极 板 的 间 距，从 而 使 电 容 器 两 极
板 间 电 压 迅 速 减 小 为 ０，以 此 来 达 到 使 导 体 球 带 大
量电荷的目的．用这 种 组 成 电 容 器 的 方 法，不 仅 可
以使导体球 带 足 够 的 电 荷，而 且 在 没 有 起 电 机 的
条 件 下 也 可 以 实 现 ．对 器 材 的 要 求 不 是 很 高 ．