對(duì)課本中一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的思考

周斌

[摘 要] 對(duì)初中新課標(biāo)物理九年級(jí)全冊(cè)第十五章“電流和電路”第一節(jié)“電荷”中的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)結(jié)論提出意見，結(jié)合實(shí)踐，進(jìn)行一定的改進(jìn)，以供參考。

[關(guān)鍵詞] 初中物理;演示實(shí)驗(yàn);思考

一、課本實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

人民教育出版社出版的初中新課標(biāo)物理九年級(jí)全冊(cè)第十五章“電流和電路”第一節(jié)“電荷”中有這樣一個(gè)演示電荷在導(dǎo)體中做定向運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)（課本P34～P35）：

如課本圖15.1—4和15.1—5，取兩個(gè)相同的驗(yàn)電器A和B，使A帶電，B不帶電。可以看到A的金屬箔張開，B的金屬箔閉合。先后用橡膠棒和金屬桿把A和B連接起來(lái)，分別觀察A、B金屬箔的張角有什么變化，兩次實(shí)驗(yàn)有什么不同。

課本上對(duì)實(shí)驗(yàn)是這樣描述的：用橡膠棒連接，驗(yàn)電器A、B金屬箔的張角沒有變化;用金屬棒連接，驗(yàn)電器A金屬箔張開的角度減小，B金屬箔由閉合變?yōu)閺堥_。這表明，驗(yàn)電器B也帶電。這就是說(shuō)，有一部分電荷通過(guò)金屬棒從A移動(dòng)到了B，電荷發(fā)生了移動(dòng)。

二、探討實(shí)驗(yàn)的結(jié)論

筆者認(rèn)為，課本對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述和結(jié)論是片面的。我們知道：物體的帶電是由于電子的得失，對(duì)電子束縛能力弱的帶正電、而對(duì)電子束縛能力強(qiáng)的帶負(fù)電，金屬中能夠流動(dòng)的也只有自由電子，因此，通過(guò)金屬棒的電荷只能是電子而不可能是質(zhì)子。所以，如果A驗(yàn)電器開始帶正電荷，則說(shuō)明它失去了電子缺少電子，這樣當(dāng)金屬棒將它們連接后應(yīng)該是電子從B流動(dòng)到A，電流方向是從A到B;如果A驗(yàn)電器開始帶負(fù)電荷，則說(shuō)明它得到了電子多余電子，這樣當(dāng)金屬棒連接后應(yīng)該是電子從A流動(dòng)到B，電流方向是從B到A。顯然，電荷既可能通過(guò)金屬棒從驗(yàn)電器A流動(dòng)到驗(yàn)電器B，也可能通過(guò)金屬桿從驗(yàn)電器B流動(dòng)到驗(yàn)電器A。因此，課本的說(shuō)法明顯是片面的。筆者建議把“就是說(shuō)，有一部分電荷通過(guò)金屬棒從A移動(dòng)到了B，電荷發(fā)生了移動(dòng)。”改為。“就是說(shuō)，有一部分電荷通過(guò)金屬棒在驗(yàn)電器A、B間發(fā)生了移動(dòng)，電荷發(fā)生了定向的移動(dòng)。”

三、對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

這是老人教版教材的一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步改進(jìn)，改進(jìn)后通過(guò)對(duì)比很容易引入導(dǎo)體和絕緣體的概念，但是筆者按照課本上的做法完成該實(shí)驗(yàn)的金屬棒連接部分一直感到很難成功（驗(yàn)電器B金屬箔張開不明顯），而完成實(shí)驗(yàn)的橡膠棒部分得到的現(xiàn)象也與教材說(shuō)法略有出入（驗(yàn)電器A的張角有所減小）。

是筆者的實(shí)驗(yàn)有問(wèn)題還是教材的說(shuō)法存在瑕疵？經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考，筆者認(rèn)為自己的實(shí)驗(yàn)反映的是客觀事實(shí)，很可能是教材中的描述不嚴(yán)謹(jǐn)，下面具體談?wù)劺碛桑?/p>

先說(shuō)用橡膠棒連接兩個(gè)用電器，橡膠棒固然是絕緣體，但是它也可以帶電，帶電的橡膠棒可以把少部分電荷傳遞給驗(yàn)電器的金屬箔，那么用電器的金屬箔反過(guò)來(lái)也一定會(huì)把部分電荷傳遞給橡膠棒，因此，用橡膠棒把兩個(gè)用電器連起來(lái)時(shí)，雖然看不到驗(yàn)電器B金屬箔的張開，但是卻能發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器A金屬箔的張角有較為明顯的減小。這個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)電器A金屬箔的變小是無(wú)法消除的，學(xué)生如果問(wèn)起，這只需做簡(jiǎn)單的說(shuō)明即可。因?yàn)楫吘跪?yàn)電器B的金屬箔沒有張開，這正好說(shuō)明了絕緣體能帶電，但是不容易導(dǎo)電的特性，實(shí)驗(yàn)比生硬的說(shuō)教好多了。

再分析金屬棒連接時(shí)B驗(yàn)電器金屬箔張開不太明顯的理由，這里原因有二：首先是A驗(yàn)電器本身所帶的電荷很少，而實(shí)驗(yàn)中連接后電荷還要分布在兩個(gè)驗(yàn)電器和金屬桿上，因此兩個(gè)驗(yàn)電器上帶的電荷就更少了，這樣便很難看到B張開，甚至A張開也不明顯。其次，電荷總是分布在導(dǎo)體的外表面，而且向外突出越多的地方電荷分布的越多，而課本上的這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)金屬棒太長(zhǎng)，人為造成了兩個(gè)向外的突出部分——尖端，它們分得了比較多的電荷，就使金屬箔分得的電荷更少了。據(jù)此，筆者認(rèn)為，要使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，既要盡量減少實(shí)驗(yàn)器材，尤其要盡量減少導(dǎo)體材料突出部分的形成，并只使驗(yàn)電器的金屬箔處于尖端，則實(shí)驗(yàn)的效果應(yīng)該會(huì)明顯一些。筆者首先想到的是不要金屬桿，直接把兩個(gè)驗(yàn)電器連接，這樣做效果確實(shí)很明顯，但是一些老師認(rèn)為它很難突出說(shuō)明電荷在導(dǎo)體中的流動(dòng)，并不完善。后來(lái)筆者對(duì)此實(shí)驗(yàn)做了進(jìn)一步的完善，完成這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，要使用金屬棒、但是要使它盡量短，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)放置金屬桿時(shí)還要如圖2放置，要注意盡量不使金屬棒形成向外的突出部分。經(jīng)過(guò)這樣改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)不但效果較為理想還能很好的說(shuō)明實(shí)驗(yàn)要說(shuō)明的問(wèn)題。

以上只是筆者對(duì)課本上這個(gè)實(shí)驗(yàn)的一些粗淺看法，如有不妥，還請(qǐng)個(gè)各位多多指教。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃振克，陳澤寧.初中物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)物理，2017，35（16）：37-38.

（責(zé)任編輯：呂研）