利用生活物品演示静电实验

李柏涛　张洪明

“让物理走进生活，让生活走进物理.”是高中物理课程标准的一个核心理念.在物理教学过程中，教师利用生活中常见的物品来进行物理实验教学，可以大大激发学生学习物理的热情，提升学生将物理知识应用到现实生活中的能力，可以拓展学生思维.以下是笔者在静电场教学实际过程中积累的一点经验与同仁一起分享.

1 利用辉光球做静电演示实验

1.1 辉光球放电原理分析

辉光球是一个装饰工艺品，它是一个薄壳玻璃球，球内中心处有一个球形电极，壳内空气被抽成一定的真空度，并充入低气压的惰性气体.当电极与电源接通后，球形电极上加有高频的高电压，在其周围形成高压电场，球壳内的稀薄惰性气体电离产生辉光放电现象. 接通电源，辉光球放电，可见球壳内出现以球电极为中心的立体辐射光线（图1），这些光线不是笔直的，有些弯曲，总体上是球对称的.在很短的时间内可以把它当静电场处理，它是一种近似点电荷的电场，中心是一个电极，无穷远处（或周围接地物）是另一电极，极性随高频电压变化而变化.球壳内的稀薄气体分子被运动的带电粒子碰撞电离产生辉光现象，由于气体密集程度较小，所以辉光总体按电场线的路径显示.

1.2 利用辉光球模拟点电荷形成电场线分布

接通电源以后，可以将平面内的静电场在空间中模拟出来，在学生头脑中形成一个立体的点电荷模型，特别是帮助那些空间想象能力差的学生建立一个正确的点电荷电场模型大有裨益.由于辉光球色彩鲜艳，能极大的吸引学生的注意力，激发学生的兴趣提高课堂效率.

1.3 利用辉光球演示静电场强弱

手持氖管的一极，从较远处向辉光球方向移动，接近到一定距离时，可见氖管发光.手持氖管的一极是接地的，氖管发光说明氖管的另一极所在空间点与接地点间有一定的电势差（发光电压约为60 V）.手持氖管越是接近辉光球，氖管发光越明亮，到接触球壳时发光最亮.这说明所测点越接近球殼，电场强度越大与大地间的电势差也越大.还能说明与球心等距离各点的电场强度近似相同.

1.4 利用辉光球演示静电屏蔽现象

手持氖管在辉光球周围的某一位置见氖管辉光，保持此位置不变，分别在氖管和辉光球之间插入不同材料的板状物（如书本、木板、泡沫塑料板、金属板等），发现插入接地的金属板（图2），氖管不再发光，说明接地的金属板对静电场能起局部的屏蔽作用；如果插入带绝缘柄的金属板和其他电介质板，氖管仍能发光，说明它们在电场中被感应或极化，不能对电场起屏蔽的作用.

2 利用吸管演示静电实验

2.1 吸管贴墙实验

吸管贴墙实验是利用纸巾轻轻地摩擦空心吸管，然后往墙上一点，吸管就稳稳地贴在墙上.因此可以利用吸管贴成各种形状的图案.原理很简单，因为墙上有很多微小的小颗粒，类似于小碎纸，将吸管紧紧的吸在墙上，说明用纸巾摩擦后的空心吸管带电.

2.2 旋转吸管实验

旋转吸管实验第一步，在第1根空心吸管的中间插1根大头针，接着将它套在第2根空心吸管上，将其固定.然后用纸巾轻轻地摩擦第1根吸管，接着摩擦第3根空心吸管，将摩擦过的吸管靠近第1根空心吸管的一端，该端吸管受到排斥，第1根吸管跟着第3个吸管相反的方向发生旋转（图3）；接着用摩擦过吸管的纸巾靠近第1根空心吸管，该端吸管受到吸引作用，吸管跟着纸巾的方向旋转.根据塑料吸管的运动情况，可以很清晰地演示电荷之间同性相斥异性相吸的现象，效果良好.

2.3 静电使氖泡发光实验

验电笔中的氖泡是充有氖气的短型放电管，一般氖泡的发光电压大约60 V.而在静电实验中，各种材料如用玻璃棒、橡胶棒分别与丝绸和毛皮摩擦，可产生上千伏电势，这些电压足以使氖泡中的两电极中任意一个电极出现明显的橙色辉光.用纸巾轻轻地摩擦空心吸管几次，然后将氖泡的1个电极沿着空心吸管的表面慢慢移动，氖泡会断断续续地发出橙色闪光，同时也发出噼啪放电声.尽管氖泡发出的橙色辉光滞留时间不长，但只要房间内的光线较暗，就能看清氖泡内橙色的闪烁光，如图4所示.实验表明，空心吸管经纸巾擦后带上了大量电荷.

3 利用肥皂泡做静电实验

3.1 肥皂液的配制和肥皂泡支架制作

在蒸馏水中加入高泡沫洗衣粉达到饱和状态，加入蒸馏水分量的二十分之一的纯甘油，再加少量的白糖，温度加热到60 ℃左右，然后自然冷却.经过这样配制的肥皂液吹出的肥皂泡在直径6 cm的圆环上可保留8分钟以上.把一根细导线（细导线可以用花线蕊抽出的细铜丝）绕成一个直径大约6 cm的圆环，在它的直径上再连接一个同样大小的半圆环，用细导线挂在绝缘棒上，做好的肥皂泡架如图5.

3.2 利用肥皂泡演示同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引

如图6吹两个肥皂泡悬挂在绝缘架上，让它们带上相同的电荷并使它们靠近，由于相斥两肥皂泡总是靠不到一起，如图6（a）所示.让它们带上相异电荷由于相吸，靠近一点两个肥皂泡很就吸到了一起合并成一个肥皂泡.图6（b）所示进一步说明了电荷间相互作用的规律.

3.3 利用肥皂泡演示静电感应现象

两块带绝缘底座的铝板之间放一只装有肥皂液的烧杯，如图7（a）所示.在烧杯里吹起一个大肥皂泡，两铝板分别用导线与高压直流电源连接，在电场的作用下，肥皂泡里的自由电荷将发生移动.结果使肥皂泡靠近正极的一边带上负电，另一边带上正电，这就是静电感应肥皂泡在静电力的作用下发生了形变被拉扁，甚至会破裂.

4 静电除尘演示实验

静电除尘在工业生产中有着重要应用，笔者用饮料瓶、细铜丝、粗铜丝、高压发生器（或韦氏感应起电器）等制作了静电除尘演示仪，模拟了静电除尘的过程.制作时，取饮料瓶中间一段，在其外侧绕上细铜丝，绕好后在外侧粘上一层透明胶.铁架台中间的钢筋套上PVC管起到绝缘的作用，粗铜丝插在瓶中间，将粗铜丝与细铜丝分别接高压发生器的两极.操作时，下方点燃多段蚊香产生白烟，如图8（a）所示.接通高压开关后，白烟立即消失，效果十分明显，如图8（b）所示.本实验中，饮料瓶与铜丝等都是极易找到的材料，制作成本低廉.饮料瓶是塑料的，制成后不易摔破；饮料瓶是透明的，在近处可观察到烟尘的消失瞬间的运动情况.