利用生活物品演示靜電實驗

李柏濤　張洪明

“讓物理走進生活，讓生活走進物理.”是高中物理課程標準的一個核心理念.在物理教學過程中，教師利用生活中常見的物品來進行物理實驗教學，可以大大激發學生學習物理的熱情，提升學生將物理知識應用到現實生活中的能力，可以拓展學生思維.以下是筆者在靜電場教學實際過程中積累的一點經驗與同仁一起分享.

1 利用輝光球做靜電演示實驗

1.1 輝光球放電原理分析

輝光球是一個裝飾工藝品，它是一個薄殼玻璃球，球內中心處有一個球形電極，殼內空氣被抽成一定的真空度，并充入低氣壓的惰性氣體.當電極與電源接通后，球形電極上加有高頻的高電壓，在其周圍形成高壓電場，球殼內的稀薄惰性氣體電離產生輝光放電現象. 接通電源，輝光球放電，可見球殼內出現以球電極為中心的立體輻射光線（圖1），這些光線不是筆直的，有些彎曲，總體上是球對稱的.在很短的時間內可以把它當靜電場處理，它是一種近似點電荷的電場，中心是一個電極，無窮遠處（或周圍接地物）是另一電極，極性隨高頻電壓變化而變化.球殼內的稀薄氣體分子被運動的帶電粒子碰撞電離產生輝光現象，由于氣體密集程度較小，所以輝光總體按電場線的路徑顯示.

1.2 利用輝光球模擬點電荷形成電場線分布

接通電源以后，可以將平面內的靜電場在空間中模擬出來，在學生頭腦中形成一個立體的點電荷模型，特別是幫助那些空間想象能力差的學生建立一個正確的點電荷電場模型大有裨益.由于輝光球色彩鮮艷，能極大的吸引學生的注意力，激發學生的興趣提高課堂效率.

1.3 利用輝光球演示靜電場強弱

手持氖管的一極，從較遠處向輝光球方向移動，接近到一定距離時，可見氖管發光.手持氖管的一極是接地的，氖管發光說明氖管的另一極所在空間點與接地點間有一定的電勢差（發光電壓約為60 V）.手持氖管越是接近輝光球，氖管發光越明亮，到接觸球殼時發光最亮.這說明所測點越接近球殼，電場強度越大與大地間的電勢差也越大.還能說明與球心等距離各點的電場強度近似相同.

1.4 利用輝光球演示靜電屏蔽現象

手持氖管在輝光球周圍的某一位置見氖管輝光，保持此位置不變，分別在氖管和輝光球之間插入不同材料的板狀物（如書本、木板、泡沫塑料板、金屬板等），發現插入接地的金屬板（圖2），氖管不再發光，說明接地的金屬板對靜電場能起局部的屏蔽作用；如果插入帶絕緣柄的金屬板和其他電介質板，氖管仍能發光，說明它們在電場中被感應或極化，不能對電場起屏蔽的作用.

2 利用吸管演示靜電實驗

2.1 吸管貼墻實驗

吸管貼墻實驗是利用紙巾輕輕地摩擦空心吸管，然后往墻上一點，吸管就穩穩地貼在墻上.因此可以利用吸管貼成各種形狀的圖案.原理很簡單，因為墻上有很多微小的小顆粒，類似于小碎紙，將吸管緊緊的吸在墻上，說明用紙巾摩擦后的空心吸管帶電.

2.2 旋轉吸管實驗

旋轉吸管實驗第一步，在第1根空心吸管的中間插1根大頭針，接著將它套在第2根空心吸管上，將其固定.然后用紙巾輕輕地摩擦第1根吸管，接著摩擦第3根空心吸管，將摩擦過的吸管靠近第1根空心吸管的一端，該端吸管受到排斥，第1根吸管跟著第3個吸管相反的方向發生旋轉（圖3）；接著用摩擦過吸管的紙巾靠近第1根空心吸管，該端吸管受到吸引作用，吸管跟著紙巾的方向旋轉.根據塑料吸管的運動情況，可以很清晰地演示電荷之間同性相斥異性相吸的現象，效果良好.

2.3 靜電使氖泡發光實驗

驗電筆中的氖泡是充有氖氣的短型放電管，一般氖泡的發光電壓大約60 V.而在靜電實驗中，各種材料如用玻璃棒、橡膠棒分別與絲綢和毛皮摩擦，可產生上千伏電勢，這些電壓足以使氖泡中的兩電極中任意一個電極出現明顯的橙色輝光.用紙巾輕輕地摩擦空心吸管幾次，然后將氖泡的1個電極沿著空心吸管的表面慢慢移動，氖泡會斷斷續續地發出橙色閃光，同時也發出噼啪放電聲.盡管氖泡發出的橙色輝光滯留時間不長，但只要房間內的光線較暗，就能看清氖泡內橙色的閃爍光，如圖4所示.實驗表明，空心吸管經紙巾擦后帶上了大量電荷.

3 利用肥皂泡做靜電實驗

3.1 肥皂液的配制和肥皂泡支架制作

在蒸餾水中加入高泡沫洗衣粉達到飽和狀態，加入蒸餾水分量的二十分之一的純甘油，再加少量的白糖，溫度加熱到60 ℃左右，然后自然冷卻.經過這樣配制的肥皂液吹出的肥皂泡在直徑6 cm的圓環上可保留8分鐘以上.把一根細導線（細導線可以用花線蕊抽出的細銅絲）繞成一個直徑大約6 cm的圓環，在它的直徑上再連接一個同樣大小的半圓環，用細導線掛在絕緣棒上，做好的肥皂泡架如圖5.

3.2 利用肥皂泡演示同種電荷相互排斥異種電荷相互吸引

如圖6吹兩個肥皂泡懸掛在絕緣架上，讓它們帶上相同的電荷并使它們靠近，由于相斥兩肥皂泡總是靠不到一起，如圖6（a）所示.讓它們帶上相異電荷由于相吸，靠近一點兩個肥皂泡很就吸到了一起合并成一個肥皂泡.圖6（b）所示進一步說明了電荷間相互作用的規律.

3.3 利用肥皂泡演示靜電感應現象

兩塊帶絕緣底座的鋁板之間放一只裝有肥皂液的燒杯，如圖7（a）所示.在燒杯里吹起一個大肥皂泡，兩鋁板分別用導線與高壓直流電源連接，在電場的作用下，肥皂泡里的自由電荷將發生移動.結果使肥皂泡靠近正極的一邊帶上負電，另一邊帶上正電，這就是靜電感應肥皂泡在靜電力的作用下發生了形變被拉扁，甚至會破裂.

4 靜電除塵演示實驗

靜電除塵在工業生產中有著重要應用，筆者用飲料瓶、細銅絲、粗銅絲、高壓發生器（或韋氏感應起電器）等制作了靜電除塵演示儀，模擬了靜電除塵的過程.制作時，取飲料瓶中間一段，在其外側繞上細銅絲，繞好后在外側粘上一層透明膠.鐵架臺中間的鋼筋套上PVC管起到絕緣的作用，粗銅絲插在瓶中間，將粗銅絲與細銅絲分別接高壓發生器的兩極.操作時，下方點燃多段蚊香產生白煙，如圖8（a）所示.接通高壓開關后，白煙立即消失，效果十分明顯，如圖8（b）所示.本實驗中，飲料瓶與銅絲等都是極易找到的材料，制作成本低廉.飲料瓶是塑料的，制成后不易摔破；飲料瓶是透明的，在近處可觀察到煙塵的消失瞬間的運動情況.