淺析初中物理教材中《靜電現(xiàn)象》實驗的改進

摘要：本文闡述了如何讓靜電現(xiàn)象的實驗更簡單易行，通過改進實驗器材，不但能順利完成演示實驗，而且還能讓每個學(xué)生都能在獨立實驗中摸索出電荷間的規(guī)律。

關(guān)鍵詞：靜電現(xiàn)象；摩擦起電；實驗改進

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003—6148(2011)9(S)－0017—2

蘇科版初中物理教材中新加入了靜電現(xiàn)象一節(jié)，使知識順暢地從分子過渡到更小的粒子，同時也讓看不見摸不著的微觀世界與生活的聯(lián)系更緊密。

學(xué)生在8年級下第7章內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，其實更像是在學(xué)習(xí)一段人類探索發(fā)現(xiàn)微觀世界的物理學(xué)史。本節(jié)內(nèi)容是從分子到原子結(jié)構(gòu)的過渡階段，通過摩擦起電和它的本質(zhì)原因探究，為下一節(jié)探索更小的微粒作鋪墊。

書本內(nèi)容把本節(jié)分為三部分：第一部分是關(guān)于分子是由原子組成，分子分成單質(zhì)分子和化合物分子。由于初二學(xué)生還沒接觸化學(xué)，所以對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不了解，在這節(jié)課上沒有對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進行展開，只讓學(xué)生能明確分子可以再分成原子并明確分子內(nèi)部的組成情況。第二部分是關(guān)于摩擦起電的問題，是本節(jié)的重點，通過分組實驗來探究帶電體的性質(zhì)和兩種電荷間的相互作用。從古希臘哲學(xué)家塞利斯發(fā)現(xiàn)摩擦過的琥珀能吸引碎草等輕小物體到富蘭克林提出正電荷和負電荷的概念，在這些類別多樣的靜電實驗中，蘇科版中采用了標準的絲綢摩擦過的玻璃棒和毛皮摩擦過的橡膠棒。但在具體操作中如果不加任何處理的話，摩擦過的玻璃棒或橡膠棒連第一個實驗(帶電體吸引輕小物體)都無法完成，更不要說電荷問的相互作用力了。其原因是帶電量少，電荷分布在導(dǎo)體表面易與空氣中的自由電荷發(fā)生中和，且玻璃棒、橡膠棒質(zhì)量較大，即便是在干燥空氣里摩擦后的玻璃棒也只能吸引少量的輕小物體，若空氣稍有潮濕(如在教室)則很難看到帶電現(xiàn)象。在傳統(tǒng)的教學(xué)中為了達到明顯的實驗效果的目的，常常要采用這樣一些措施：(1)絕緣體要洗凈，清除污垢，并晾干。(2)上課前要把教室通風(fēng)，保持教室干燥。(3)把所有絕緣材料要烘干，又要防止老化。(4)操作時要保持手干燥，不能對著器材呼吸。為了準備這樣一節(jié)課常常是煞費苦心，而其最終效果卻差強人意，更不要說開展分組實驗了。

針對這樣的問題，筆者在平時的生活中得到了一些靈感。當使用發(fā)泡塑料時一些顆粒很容易就由于靜電貼在手上，而且在日本NHK電視臺制作的《最新科學(xué)實驗集》中看到他們采用吸管來做靜電實驗，于是筆者馬上把玻璃棒換成吸管，果然能吸引很多小紙屑。采用摩擦大吸管來完成第一個實驗(帶電體的性質(zhì))，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)很多材料都能使吸管輕易的帶上靜電，考慮到簡單方便又便宜，最后選用了餐巾紙來摩擦，這樣買一盒餐巾紙全年級分組實驗都夠用了。

活動一、帶電體的性質(zhì)

直接把橡膠棒(用大吸管代替)接觸小紙屑時發(fā)現(xiàn)_u。

用毛皮摩擦橡膠棒接觸小紙屑時發(fā)現(xiàn)

帶電體的性質(zhì)：_u。

在準備第二個實驗(兩種電荷間的相互作用)中發(fā)現(xiàn)如果采用書本中的裝置去做，當吸管受力稍有轉(zhuǎn)動時吊線就會產(chǎn)生一個反向扭力矩阻止了玻璃棒的轉(zhuǎn)動，不能明顯看到排斥現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)試驗，發(fā)現(xiàn)其實要選的改進材料就在身邊，而且也很便宜，就是用牙簽作為支柱，一次性紙杯作為底座，在吸管彎折處打個小孔(單面，不能對穿)，然后用牙簽的一端輕輕的插入紙杯，再把吸管放在牙簽的另一端能自由轉(zhuǎn)動即可。

活動二、兩種電荷間的相互作用

用餐巾紙摩擦吸管直的一端，用橡皮摩擦吸管彎的一端，再取一根吸管用餐巾紙摩擦，然后去靠近剛才吸管的兩端，觀察到餐巾紙摩擦過的吸管靠近直的一端時：_u。

餐巾紙摩擦過的吸管靠近彎的一端時：

得出結(jié)論：_u。

在準備第三個實驗(用毛皮摩擦過的橡膠棒(負)來判定剛才的吸管兩端分別是哪種電荷)時，大家一定在想既然已經(jīng)用吸管代替了為何還提橡膠棒，這里筆者有這樣的想法，吸管代替了傳統(tǒng)的橡膠棒和玻璃棒，確實在實驗操作中更簡單易行了，但也會給學(xué)生帶來一種困惑，就是到底書本中科學(xué)家所說的毛皮摩擦過的橡膠棒是否帶電，而且如果反復(fù)強調(diào)了吸管，但考試中不可能是吸管的，還是傳統(tǒng)的器材。所以在課堂上傳統(tǒng)器材做演示實驗還是有必要的，只不過要向?qū)W生闡述一下為何不用這些傳統(tǒng)器材的原因。當然用毛皮摩擦過的橡膠棒來做這個實驗只能是演示了，到學(xué)生分組可以用餐巾紙摩擦過的大吸管(同樣也帶負電)來代替。

活動三、用毛皮摩擦過的橡膠棒(負)來判定剛才的吸管兩端分別是哪種電荷

設(shè)計最后一個實驗的目的是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)完帶電體間的相互作用后，能馬上用已知的帶電體來判斷未知帶電體的正負情況，加強鞏固。經(jīng)過實驗后學(xué)生確實能利用剛學(xué)的知識來判斷了，而且還有一位同學(xué)提出了實驗的缺陷，那就是如果大吸管(負)和小吸管吸引了，一定說明這時的小吸管帶的是正電嗎?如果小吸管不帶電呢?于是同學(xué)們展開了討論，最后學(xué)生們得出一個彌補的方案，就是先把小吸管邊上放些小紙屑，先判斷一下小吸管是否帶電，再判斷帶的是正電荷還是負電荷。學(xué)生的思維在碰撞中產(chǎn)生新的靈感。

在做完這三個實驗后請學(xué)生思考這樣一個問題，為什么摩擦能起電?在這里用視頻播放湯姆生的生平事跡，一方面激勵學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家孜孜不倦的探索精神，另一方面讓學(xué)生通過了解物理學(xué)史來加強對摩擦起電本質(zhì)的認識；然后再播放原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模擬動畫視頻，讓學(xué)生在了解了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上猜想容易失去或得到的是外部的電子還是內(nèi)部的原子核。學(xué)生們這時也明白了原子是可以再分的，還明白了摩擦起電可以說明原子是可以再分的。

緊接著又提出了這樣一個問題，為什么材料都是吸管，用不同的物體去摩擦后帶的電荷種類會不同呢?請學(xué)生們對吸管、餐巾紙、橡皮按照原子核對電子的束縛能力由強到弱進行排列。這里是對本節(jié)內(nèi)容的拓展了，部分學(xué)生能得出原子核對電子束縛能力的強弱排布，同時也加深了對摩擦起電的更進一步認識。