逍遥学能 2017-11-09 15:11
摘要：简要分析静电实验难做的原因，讨论做好实验的方法。
关键词：静电 实验 经验。
静电演示实验是物理教师感到最难做的物理实验之一，有时在实验准备时能做成功，一上讲台就莫名其妙地不灵了。因此，一些老师很怕做静电演示实验，特别是在天气不好的阴雨天气。
影响静电实验成败的因素颇多，仪器、材料、天气、操作、洁净等等。这些因素作用在具体的仪器条件和实验环境下，往往使问题变得复杂和捉摸不定。讨论这些因素的作用，对每一实验方法及仪器结构和原理的理解，才能在具体的实验条件下发现问题的症结，及时采取有效措施使实验得以成功。
１． 静电的特点及其所导致的漏电问题
静电的特点是高电压，微电量。这一特点使得静电电荷很容易漏，且常常是一漏就光。这种情况在天气潮湿时尤为突出。为什么会这样呢？人们自然会想到潮湿的空气绝缘性差，静电电荷自然容易通过暴露于空气中的带电部分而漏掉。这就使不少老师只有在天气干燥时才敢在课堂上做静电演示实验。实际上这是没有把握漏电的关键所致，因为常见的漏电实际上主要是由于材料的绝缘性能不好引起的。这里特别要指出的是，对于静电来说，在低压情况下（如交流市电）我们所熟悉的不少绝缘体，如硬纸板、干木棒、塑料电线甚至玻璃棒，橡胶棒都是不可*的绝缘体，在空气潮湿、材料老化变性或表面不甚清洁时更是如此。课本中介绍的用丝绸摩擦玻璃棒和用毛皮摩擦胶棒的起电方法之所以效果不佳，原因不是用这些材料摩擦时不能起电，而是玻璃棒和橡胶棒不易保持住电荷，空气不够干燥时，通常被我们视为绝缘体的这些材料在静电（高压）条件下形同导体，漏电之快，出乎意料。这就是影响静电实验诸因素中最致命的一个。
在进行静电实验前，必须对仪器进行仔细检验，所有绝缘部分（如绝缘导体的支杆、支座、起电盘的手柄、验电器导电杆与外壳之间的绝缘塞等）都必须采用绝缘性能良好的材料。这里特别值得一提的是使用石蜡可以起到很好的绝缘效果。因为石蜡不仅绝缘性能好，防潮性能甚佳。使用时可将蜡熔化后敷一层在绝缘部分的表面，或用蜡块作为对地绝缘的垫块，使实验获得较好效果。
２． 摩擦起电的方法
摩擦起电是课堂教学中最常用的使用方法，对它的微观机理，一般教材限于知识要求的程度只是给出一个总的解释，即是由于得失电子而带电。但对在摩擦过程中电子转移的物理机理，一些教师存有误解，以致影响在实验中有效地使用这一方法。如有些人认为摩擦致热导致电子的转移，因而只有快速反复地摩擦才能起电，有经验的老师在不易起电时，往往是通过紧压摩擦，而不是压而不紧地反复摩擦而成功起电的，其中的道理就与起电的机理有关。从物理过程的本质上讲，摩擦带电是一种接触带电，它是由于物体内的电子 出功不同，相互紧密接触时，外层电子轨道相互重叠，导致物体的电子转移所致的。据此，相互摩擦的两种材料之间挤压得越紧，就越容易实现电子在两种材料之间的转移，而使之分别带电。
３． 静电仪器结构原理
要正确有效地使用仪器，使用者对仪器的结构、原理必须要有正确的理解。现行课本中静电仪器主要是验电器。验电器的结构并不复杂，原理也不难理解，但乃有不少人对它缺乏真正理解。例如，在怀疑验电器的漏电时，常常有人会将绝缘块垫在验电器的底座下面，以为电荷是从底座漏到地上了。实际上，这样做对防止验电器漏电是一点作用也没有的。这是因为验电器之所以能检验电荷是因为导电杆和可以转动的指针是连通的，当导电杆带电后，指针也会带同种性质的电荷，同种电荷之间相互排斥而使指针偏转一定的角度，从而反映出带电情况，验电器的漏电实际上是导电杆所带的电荷漏至验电器的外壳，而外壳连底座是可以接地的，把底座和地绝缘开并不能阻止导电杆的电荷漏到外壳。只有导电杆与外壳之间的绝缘塞才是起这个作用的。若绝缘塞绝缘性能不好，使电荷漏到外壳，则将极大地影响验电器的偏转。因为在静电平衡时，导体的电荷只分布于其外表面。在导电杆与外壳导通的情况下，导电杆、指针及外壳成为一个导体，而指针及导电杆的壳内部分处于整个导体的内部，将得不到电荷，指针因此不会产生偏转，在验电器底座下加上绝缘座也只能完全是徒劳的。因此，防止这类验电器漏电的正确方法是设法保持导电杆和外壳之间的高度绝缘。具体方法：首先是尽量选用绝缘性能良好的材料（如用有机玻璃做绝缘塞），其次是在绝缘塞和外壳之间及绝缘塞表面敷一层石蜡并保持其表面清洁和干燥。经过这样处理的验电器只要其指针偏转灵活，就可以保证灵敏可*，即使在较潮湿的天气漏电也不会很快。
总之，在静电实验中要做到以下三点：
（1） 做摩擦起电实验时，摩擦的次数不一定越多越好，只要抽拉两三次，最后一次将棒握紧快速抽出，就能获得较好的起电效果。
（2） 摩擦起电在冬季容易成功，在春、夏季湿度较大的教室内常会发生困难，除了加强室内通风外，可备一个电吹风将使用的器材吹1~2分钟就能得到较大的改善。
（3）要注意清洁，棒上的污物、粉笔屑应预先擦干净。 手汉较多的人应带上胶皮手套或塑料手套，否则会影响实验效果。