巧用普通驗電筆做電磁學(xué)趣味實(shí)驗

特古斯

(通遼職業(yè)學(xué)院 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

驗電筆是電工經(jīng)常使用的工具之一，用來判斷物體是否帶電,進(jìn)行低壓核相,測量線路中任意導(dǎo)線之間是否同相或異相,判別交流電和直流電及判斷直流電的正負(fù)極等.筆者在物理教學(xué)中結(jié)合教學(xué)內(nèi)容增設(shè)了如下幾個趣味性及實(shí)用性都很強(qiáng)的小實(shí)驗，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，取得了良好的教學(xué)效果.

1 演示電容器的放電

在電容器教學(xué)中，為了使學(xué)生直接獲得電容器充放電現(xiàn)象方面的感性認(rèn)識，筆者在教學(xué)中完成常規(guī)實(shí)驗外還增設(shè)了如圖1所示的趣味小實(shí)驗.

圖1

實(shí)驗器材：單相插頭電源線,洗衣機(jī)中使用的電容器(8 μF，450 V),普通驗電筆,兩個焊有絕緣導(dǎo)線的鱷魚夾,絕緣膠布等.

實(shí)驗過程：首先利用電烙鐵將電源線與電容器的兩個電極焊接牢固，用兩個鱷魚夾分別夾住驗電筆的金屬筆尖和筆尾；然后將電源線插入交流220 V的電源插座中，給電容器充電10余秒鐘.再把插頭拔出，當(dāng)把驗電筆兩端的導(dǎo)線同時跟電源線插頭的兩個銅柱接觸時，驗電筆的氖泡立刻發(fā)出明亮的、桔紅色的光，且持續(xù)幾十秒鐘.實(shí)驗現(xiàn)象直觀、生動，不僅激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗操作的興趣,而且使學(xué)生對電容器充放電現(xiàn)象有了很深的印象.

2 演示感應(yīng)帶電

人們在接觸電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯鍋、電腦、電視機(jī)等家用電器時，有時出現(xiàn)麻手的感覺，往往畏懼而不敢使用.其原因包括漏電、靜電、感應(yīng)帶電等,其中感應(yīng)帶電的情況居多.由于電器的電路部分與不帶電金屬殼之間存在分布電容以及一定的絕緣電阻，當(dāng)內(nèi)部的交流電路產(chǎn)生交變電磁場時，就會在機(jī)殼上出現(xiàn)一定的感應(yīng)電壓.為使學(xué)生直接獲得電磁感應(yīng)現(xiàn)象的感性知識與印象，筆者設(shè)計了如圖2所示的實(shí)驗供學(xué)生使用.

圖2

實(shí)驗器材：取兩支普通驗電筆，在第1支驗電筆筆尖金屬桿上用絕緣塑料膠帶裹一層.然后取寬度為2 cm的鋁箔紙條，將其在塑料膠帶層上面緊緊包扎幾層，并把鋁箔紙條的末端用少量雙面膠帶粘接固定.

實(shí)驗過程：將第1支筆插入電源插座火線孔中，另取第2個驗電筆對第1支驗電筆尖金屬桿上的塑料膠帶層和鋁箔紙進(jìn)行測試.當(dāng)?shù)?支驗電筆與鋁箔紙接觸時氖泡發(fā)光.實(shí)驗表明鋁箔紙確實(shí)帶了電并且初步判斷其對地間的電壓至少是50 V(因氖管起輝電壓至少需50 V).然而鋁箔紙并未與第1支驗電筆的金屬筆尖直接接觸，從而說明鋁箔紙帶電是因為第1支驗電筆筆尖金屬體上有交變電壓的存在,即由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生了感應(yīng)帶電現(xiàn)象.在實(shí)驗中與鋁箔紙接觸的第2支驗電筆始終是亮的，但用手指直接觸及第1支驗電筆上的鋁箔紙時第2支驗電筆立刻熄滅 ，而手指離開鋁箔時第2支驗電筆又立刻發(fā)光.原因是當(dāng)手指接觸鋁箔時就是接地的過程，此時驗電筆被人體短路，故不能發(fā)光.因此,接地措施是有效消除感應(yīng)帶電的好辦法，這正是家用電器外殼接地的原因之一.

為了進(jìn)一步增強(qiáng)實(shí)驗的實(shí)用性和趣味性：筆者還讓學(xué)生嘗試了用氖泡直接判別火線的實(shí)驗,如圖3所示.

圖3

實(shí)驗器材：單相插頭,白熾燈燈座,燈泡,兩根長度約為1 m的絕緣多股塑料軟導(dǎo)線,鋁箔紙,普通氖泡,雙面膠帶等.

實(shí)驗過程：用導(dǎo)線將插頭和燈座連接成白熾燈電路并把燈泡置入燈座上.在插頭到燈座之間任選一根絕緣導(dǎo)線，在導(dǎo)線絕緣層上面直接用鋁箔紙帶緊緊重疊包扎幾層.包扎完后將鋁箔紙帶的末端用少量雙面膠帶粘接固定.然后將插頭插入電源插座中.用手指捏住氖管一端金屬帽，將另一端金屬帽碰觸絕緣導(dǎo)線上的鋁箔紙 .如果觀察到氖管能發(fā)出橘紅色的光，就可以判定該絕緣導(dǎo)線是火線(相線);反之為零線(中性線).為增強(qiáng)實(shí)驗的可見度，用氖管測試時應(yīng)盡量采取遮光的措施.此外,還可用新型驗電筆,如南帆電工牌低壓驗電筆,取代氖管來測試,也獲得滿意的實(shí)驗效果.

以上實(shí)驗取材容易、過程生動、操作簡單、趣味性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)，很受學(xué)生歡迎.