“電荷間相互作用”演示實驗的探究和改進

對于初中八年級物理第一冊第五章中“電荷間相互作用”的演示實驗，多年來，許多同仁對該實驗進行改進，并提出了實驗中存在的問題，如懸掛的細線用多股還是單股或用多細的銅絲才能避免懸掛的帶電體不停地轉動。對此，筆者經過多年的研究，對該實驗進行了重新設計和改進。

一、實驗中發現的問題

教科書中的實驗裝置如圖1所示，原實驗是用細繩（細線）將帶電體（玻璃棒或橡膠棒）懸掛起來。

圖1實驗中發現懸掛著的帶電體不論是有風無風的情況下都是在水平方向不停地自由轉動。等到反轉過來時也不停地轉動起來，這可能是細線的扭曲作用。我們先用單股棉線來做實驗，結果還是一樣，改用細銅絲實驗發現效果稍好，但懸掛的帶電體仍不停地水平轉動。實驗裝置靈敏度很低，教師很難讓學生觀察到帶電體是否已經被吸引或被排斥的明顯現象，同時被懸掛的帶電體被吸引或被排斥過程中，由于慣性也很難使它停止偏轉，實驗的可見度差，信服率低，嚴重時會使演示無法進行，增大了實驗的操作難度。

二、解決實驗存在的問題

圖2針對上述實驗發現的問題，我們將原來的懸掛法改為成等臂杠桿形式，把帶電體放在支架的頂針軸上，如圖2所示。由于支架與頂針軸之間存在著摩擦作用，就能解決了懸掛法中被懸掛的帶電體不停自由轉動和由于慣性不能停止轉動的問題。

三、實驗儀器制作與實驗的改進

1.支架的制作

在廢舊鋁合金（規格寬度12～15mm）上割切長度為150mm的鋁片兩塊，制成如圖3所示的裝置，并按圖中的位置鉆五個小孔，在A處用鋼釘扎一個小坑，用橫截面積6mm2的鋁線芯把兩塊鋁片鉚在一起，再放在頂針軸（可用指南針支架）上調試使其在水平位置平衡。

圖32.實驗裝置與演示

（1）如果空氣濕度過大，在實驗前先將玻璃棒、橡膠棒、絲綢、毛皮等放入自制的烘干箱的上層（烘干箱可以用體積355mm×263mm×232mm的紙箱做成上下兩層，下層裝一個PZ220V，25W的白熾燈，燈泡功率不宜過高，因溫度過高會使玻璃棒也會帶負電）烘干5分鐘左右。

圖4（2）如圖4所示進行演示，用毛皮摩擦過的橡膠棒（或絲綢摩擦過的玻璃棒）放置在支架的頂針軸上且調節其水平方向平衡，再用毛皮摩擦過的另一橡膠棒（或絲綢摩擦過的玻璃棒）靠近支架上的橡膠棒（或玻璃棒），讓學生觀察發生的現象——兩帶電體相互排斥。

（3）把毛皮摩擦過的橡膠棒放置在支架的頂針軸上再用絲綢摩擦過的玻璃棒靠近支架上的橡膠棒，讓學生觀察發生的現象——兩帶電體相互吸引。

對“電荷間相互作用”實驗裝置改進后兩帶電體相互吸引還是相互排斥的過程中控制得靈活自如，想使放在支架頂針軸上的帶電體順時針方向轉就順時針方向轉，逆時針方向轉就逆時針轉，當手拿的帶電體一離開支架上的帶電體它就立即停止下來。這樣大大增強實驗的趣味性，活躍了課堂氣氛，給學生的印象很深，有效地提高了實驗的觀察效果、教學效果和信服率，有力地說明了“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”。

綜上可知，采用等臂杠桿形式法比懸掛法好，它實驗可見度高，演示效果更科學。

通過實驗操作我們發現了新問題，進行了新思考、并對實驗裝置進行了改進，這是是一種創新。實驗裝置改進的過程中，學生領略和體驗到了物理實驗的重要性。

（責任編輯黃春香）