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静电感应实验方法探讨 甘忠通 崇义中学 高中电场一章中关于静电方面的实验较多,而静电实验也是教师上课时较难控制的,甚至有些教师对静电实验进行了错误的讲解。其主要原因是没有深入的了解实验的一些条件，当然也有一些教师只是纸上谈兵，跟本没有自己认真去做实验，这样出现错误的讲解也就不足为奇了。静电感应是高中电场中第一节《电荷、库仑定律》中的第一个实验。这个实验现象在日常生活中应用的也很广泛，后面我们学习静电屏蔽等内容也是要用到它。可见对静电感应现象理解透彻对学生学好这一章知识非常重要，而教师上课时所需的静电，大部分人也是采用感应起电的方法获得，现于很少人用玻璃棒、橡胶棒摩擦起电了，因为这种摩擦起电所带的电量不是很足且易漏掉，对我们做静电实验影响较大，有些教师平时静电实验做不成功，这也是一个原因。现在我们来探讨静电感应实验的一些方法和注意事项。 课本上是用带电小球、枕形导体来做这个实验的，这种方法有几个问题要解决。一是带电小球如何带上足够的电量，且能保持较长时间不衰减；二是两金属箔是否容易张开和闭合；三是感应起电后的两枕形导体是否容易漏电。如果以上问题得以解决，这个实验也就成功一大半了，以下我们就来分析和解决。 1、首先要对静电有深入的了解。所谓静电，就是不流动的电荷或称静电荷。它的产生有各种各样的原因，最简单的如摩擦起电，比较常见和常遇到的有：脱毛衣时衣服上出现的静电放电火花，在干燥季节时，人们在地毯上行走时就可能产生静电，当你的手伸向金属物体时，手指就会对它放电。。。。。。总之，产生了电荷，一时又流不走，或不能放掉，就形成静电（荷）。虽然静电荷的量很小，但其电压却很高，一般能达到千伏级，甚至万伏级。因为电压与电荷量成正比，而与电容成反比。可是电容通常都很小，所以静电荷的电压很高。 实验室产生静电的方法有：一、摩擦起电。玻璃棒与丝绸摩擦、橡胶棒与毛皮摩擦；二、利用静电感应来带电。利用静电感应应使验电器带电；或利用起电盘感应起电；也可用韦氏感应起电机和范德格拉夫起电机起电。 2、怎样保持静电不会很快的漏掉。从上我们知道，静电电压高，使得在静电中的绝缘体如棉线、纸板等，可能变成导体。当带静电物体周围的空气湿度较大时，空气容易被电离而产生击穿，发生放电，称为静电放电；静电电量一般又很少，很快应会漏光。当然影响静电放电的因素很复杂，但主要的因素有以下几点：（1） 温度和湿度的影响。湿度和温度对静电放电都有影响，其中湿度影响更大。由于相对湿度增加则非导体材料的表面电导率增加（当相对湿度超过60%时，绝缘体表面会因吸附空气中的水分形成水膜，使材料表面的导电率大大增加），使物体积蓄的静电荷可以更快地泄漏而不容易积累，因此不容易产生静电放电现象。对人体来讲，相对湿度在30%-50%时，带电很多，而在超过70%时几乎不带电，因此在干燥寒冷的冬天，人与接触的物体就容易产生静电放电现象。（2） 电阻率。若绝缘体的体电阻率小于1010?. cm, 表面电阻率小于109?，一般不会积累静电荷。3） 表面状态。 接触带电主要是表面效应，因此表面污染，酸化，氧化吸附等对静电的影响很大。不同的材料，不同的表面状态，对静电的影响都不同，在实际的应用中，应根据不同的情况来处理物体的表面。另外，如尖端放电，接触时间等均能影响物体的带电。 3、如何让金属箔张开。有些教师在两枕形导体的下端用胶水沾上烟箔纸，发现烟箔纸容易变形，不好控制。还有一个问题是不能用胶水，我们可用透明胶贴上去，让金属箔与枕形导体充分接触。 针对上面的分析，可对实验进行如下处理。1、保持C小球、A、B两枕形导体的绝缘性能，对器材进行清洗，可用酒精清洗。2、保持实验环境干燥通风，对仪器进行烘干或晒干。 3实验动作要快，以免电荷漏掉。3、用透明胶把细薄金属箔贴好，注意让它能自由轻松地张开。这样这个实验定能做成功。 当然，课本上实验后面第三段说：“如果再让A 和B接触，它就不再带电，这说明A和B分开后所带的异种电荷是等量的，重新接触后等量异种电荷发生了中和。”这样一种现象还不足于说明这是等量异种电荷，因为A、B两枕形导体很容易漏电，而且受环境影响较大，两金属箔开张和闭合也不是很灵敏。所以我们可以改进这个装置,用两个指针验电器代替金属箔，然后用导线把枕形导体和指针验电器连接起来，指针验电器的外壳要接地。这样两枕形导体带电的情况就可直接通过指针验电器反应出来，提高它的精确度和灵敏度。 仔细分析和动手操作，发现通过上面的改进在空气较潮湿的时候效果还是不理想，因为C球和枕形导体及导线接确点还是容易漏电。有没更简单有效的方法呢？我们可以采用如下方法。 器材：叁个指针验电器、一个连接杆、三块泡沫、一根玻璃棒、一根橡胶棒、一块毛皮、一块丝绸。 实验步骤： 1、实验前几天把验电器、连接杆清洗干净后放到阳光下晒干(无太阳则用用仪器烘干)。然后放到干燥、干净的地方保存。 2、课前用干净的泡沫把验电器、连接杆擦几遍，注意手要洗干净，不要乱摸仪器。 3、实验时，把A、B两指针验电器平放在桌面上，然后用连接杆把两验电器连接起来，再叫一个学生用干净的泡沫在自己的头发上迅速摩擦几下，使泡沫带上静电。然后让学生把带静电的泡沫靠近验电器的一边，这时两验电器便感应上了静电，两验电器的指针同时张开相同的角度。接着把泡沫移开，发现A、B两验电器的指针也同时闭合，说明这时两验电器没有感应上电荷。再次反泡沫靠近验电器，发现指针又张开，这时应先把验电器上的连接杆移去，再把泡沫也移去，发现两验电器所感应上的感应电荷同时存在，且所偏转的角度相同。 4、接着我们先把泡沫、A、B两验电器各自所带的电荷的类别判断出来。用玻璃棒与丝绸摩擦后把玻璃棒上的电荷传到第三个验电器C上，接着把泡沫上的电荷与验电器C上的电荷叠加，便可确定泡沫的静电是何种电荷。同理可把A、B两验电器所带的感应电荷检验出来。当然我们也可以直接用玻璃棒与A、B接触来检验A、B所带极性。 5．重做一遍，让A和B感应上感应电荷。如果我们把A和B两指针验电器接触，它们就不再带电，这说明A和B 分开后所带的电荷是等量的，重新接触后等量异种电荷发生中和。 通过以上的器材和方法来演示这个实验可以不受场所和天气的影响，实验效果更明显、理想。当然在做的时候还要注意一个问题，连接杆的两端是尖的，很容易发生尖端放电，在连接的时候一定要用连接杆与验电器的小球接触，且不能让连接的两端伸出来。 总之，静电感应这个实验之所以难做，就是因为仪器所带的静电容易发生放电和漏电，造成仪器所带的静电不足，观察不到实验现象。对于静电的其它一些实验，同样应重视静电的放电和漏电问题，尽可能地减少静电的放电和漏电的速度。
参考文献： 《中学物理教学法实验》 李桂福 段金梅 《国家电工手册》 黄福生 刘海
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