絕緣玻璃高溫變導體實驗的簡易裝置

付喜錦

(隴東學院 電氣工程學院，甘肅 慶陽 745000)

導體和絕緣體沒有絕對界線，當條件改變時，絕緣體也能變成導體. 例如：日常生活中常用的干燥的木頭是絕緣體，但潮濕的木頭就變成了導體，又如：玻璃在通常情況是絕緣體，但如果將玻璃加熱到紅熾狀態，就變成了導體. 用實驗驗證，前例方便容易，但對于后例則不易實現. 為此，設計了簡單且操作方便的玻璃由絕緣體變導體的實驗裝置.

1 中學物理教科書中兩種不同教學方法

1.1 2003人教版教科書

文獻[1]采用如圖1所示的裝置進行演示實驗, 該實驗難度大，實驗結果也不盡人意. 究其原因是多方面的：其一，電源待定；其二，帶導線的玻璃珠不好找；另外，最關鍵的是學生要通過小燈泡的發光來得出到玻璃由絕緣體變成導體的結論，但燈泡發光需要大電流，對電源電壓要求高.

圖1 文獻[1]中演示玻璃遇熱導電的實驗裝置

1.2 教科書2013人教版

文獻[2]先用演示實驗“電荷在金屬棒中的定向移動”給出有關導體和絕緣體的定義，其敘述為：“有的物體容易導電，叫做導體. 金屬、人體、大地、石墨、食鹽水溶液等都是導體. 有的物體不容易導電，叫做絕緣體. 橡膠、玻璃、塑料等都是絕緣體”. 這會給學生造成玻璃就是一成不變的絕緣材料的影響.

但文獻[2]提到：“絕緣體對電流的阻礙作用大，導體對電流的阻礙作用小” . 而且 “探究影響導體電阻大小的因素” 實驗步驟1～2設計的是 “電阻大小是否跟導線的長度、粗細有關”，實驗步驟3設計的是“還可以檢驗其他的猜想：影響導體電阻大小的因素還可以有哪些？它們是怎樣影響電阻的？設計實驗，繼續進行探究”. 基于此，教師們是否會引導學生提出將通常情況下的絕緣體玻璃在加熱情況下變成導體的實驗設想？并用這一設想繼續研究得出導體和絕緣體沒有絕對界線的結論呢？因為教材中沒有這樣的具體表述.

1.3 參考文獻

文獻[3]實驗中仍用小燈泡(2.5V，0.3A)發光顯示有無電流通過，實驗不易成功，后改用投影靈敏電流計，加熱用酒精燈，實驗中沒有給出電源規格. 文獻[4]實驗中用普通燈泡(15W，220V)發光，電源接交流市電，用酒精燈加熱，玻璃體用日光燈芯. 文獻[5]實驗電路較簡單，但玻璃體仍用日光燈芯，文中沒有給出電源的規格. 上述文獻中所用電源電壓要求較高，不易操作.

2 玻璃由絕緣體變導體的簡易實驗裝置

2.1 實驗器材及實驗裝置制作

如圖2所示，電源選擇9V疊層電池或3.6V鋰電池，玻璃體是報廢保險管(斷絲1,2,5A均可)，有無電流通過顯示選用發光二極管，導線是普通導線和1根十幾cm長的銅絲,電路板(也可用小木板代替),酒精燈(或蠟燭),火柴,萬用表,烙鐵(焊接用的工具).

(a)原理圖 (b)實物圖圖2 玻璃由絕緣體變導體的簡易實驗裝置

2.2 實驗驗證過程

先將連接好的電路用萬用表檢測會發現：玻璃管在加熱之前萬用表指針為零，說明這時電路中沒有電流流過，玻璃管是絕緣體；在玻璃管加熱少于1min萬用表指針就有了擺動,說明電路中有了電流，這時被加熱的玻璃管就成了導體.

接著換用不同形狀的二極管、 電池(9V或3.6V)、火源(酒精燈或蠟燭)進行實驗.

觀察現象對比得出：電源電壓是電路中的決定因素，但發光二極管的選用也是主要的因素，報廢保險管作為實驗玻璃體易找且好連接，也充當著電路中的開關，以上器材選擇恰當,用蠟燭作加熱源實驗也能很快成功.

3 結束語

運用實驗探究的科學方法設計并自制簡易實驗裝置，對通常情況下絕緣的玻璃在高溫下變成導體進行了實驗驗證，證實了絕緣體和導體之間沒有絕對的界限. 其創新點在于實驗設計選用電壓要求低且單向導電的發光二極管是否發光作為判斷是否有電流流過的標志，玻璃體利用報廢的保險管，因此電源可選3～9V的電池，加熱用蠟燭即可實驗成功. 實驗器材簡便易找，現象直觀.

[1] 人民教育出版社,課程教材研究所,物理課程教材研究開發中心. 初中物理(第二冊) [M]. 北京：人民教育出版社,2003:52.

[2] 人民教育出版社,課程教材研究所,物理課程教材研究開發中心. 義務教育教科書·物理(九年級全一冊)[M]. 北京;人民教育出版社,2013:34-35,64-65.

[3] 鄭圣雪. 玻璃絕緣體變成導體演示實驗的改進[J]. 教學儀器與實驗,2004,20(9):22-23.

[4] 楊玉淮. 玻璃由絕緣體變成導體的實驗探究[J]. 物理實驗,2007,27(6): 33-34.

[5] 張勤昌. 絕緣體變導體小實驗[EB/OL]. http://old.pep.com.cn/czwl/jszx/tbjx/tb9/tb8s6/sy6/201103/t20110304_1025475.htm,2011-03-04.