【初中物理实验】:玻璃棒摩擦生电注意问题
在现行的中小学物理教材中讲述过“用丝绸磨擦过的玻璃棒带正电”。我通过实验发现:如果玻璃棒的温度升高,用丝绸磨擦过的玻璃棒,玻璃棒既可以带正电也可以带负电; 同时玻璃体也可能由绝缘体转变为导电体。实验介绍如下:
1 实验器材
小学或中学实验室常规配备的静电实验盒三盒(我使用的是四川省教学仪器厂出产的J238静电实验盒),1500瓦电炉一个; 220伏交流电源一台, 220伏带灯座白炽灯泡一个, 酒精喷灯一盏,自制带电极玻璃体(用废旧220伏白炽泡除掉泡状外壳和钨丝),220伏白炽灯座一只,电工用实验板一块,220伏开关一只,适合220伏用导线若干。
2 实验操作规程及实验结果:
2.1 玻璃棒磨擦起电实验
(1) 用干燥清洁的毛皮和橡胶棒(或塑料棒) 相磨擦,使橡胶棒带上负电荷(按现行教材规定) 并放在绝缘支架上,再用干燥清洁的玻璃棒和丝绸相磨擦,使玻璃棒带电并接近但不接触前一根带负电橡胶棒时, 可以观察到橡胶棒被“拉”着在支架上旋转,即相互吸引,证明此时用丝绸磨擦过的玻璃棒带正电荷。
(2) 在地面上放好1500瓦电炉,在距炉面竖直高30 ~40厘米左右的地方架起可横放玻璃棒的框架,将几根实验用玻璃棒放于其上, 接通电炉烘烤,此时玻璃棒的环境温度可以达到50~85摄氏度左右,当烘烤时间在30~50分钟左右,取烘后的玻璃棒与干燥清洁的丝绸相磨擦,将磨擦后带电的玻璃棒接近不接触操作规程1中支架上带负电的橡胶棒(也可重新按操作1使之带上负电荷) 时,可观察到橡胶棒被“推”着旋转,即相互排斥; 将磨擦后带电的玻璃棒(烘后的) 接近不接触操作1中放在支架上带正电的玻璃棒(也可重新按操作1使之带上正电荷) 时,可观察到(操作1中) 玻璃棒被“拉”着在支架上旋转,即相互吸引, 由此可以证明用丝绸磨擦玻璃棒(烘烤后的) 带负电荷。
上述实验证明:在常温条件下, 用丝绸磨擦过的玻璃棒带正电荷, 在上述相对的特殊条件下,用丝绸磨擦过的玻璃棒带负电荷。
2.2 玻璃体绝缘性能实验
实验1 用220伏用导线将220伏带灯座白炽灯泡和开关串联安装在电工用实验板上,然后连接在交流电源220伏输出端,在检查串联无误和保证安全的条件下,接触电源,合上开关,可观察到:白炽灯发光,说明线路器材完好。
实验2 将自制带电极玻璃体安装在220伏白炽灯座上,再将其串联安装在上述实验1的线路之中,在检查整个串联无误和保证安全的条件下,接通电源,合上开关,可观察到:白炽灯不发光,说明自制带电极玻璃体不导电,可以证明此玻璃体具有绝缘性,说明“玻璃是相当良好的绝缘体”(九年义务教育三年制初级教科书物理《导体和绝缘》一课中结论)。
实验3 上述实验2通电时,用酒精喷灯外焰加热自制带电极玻璃体,当玻璃体被加热达到红炽状态时,可观察到:白炽灯发光,说明自制带电极玻璃体导电, 可以证明此玻璃体具有导电性,此时的玻璃体是导电体。上述实验证明玻璃既可以是绝缘体又可能是导电体。具体原因估计与玻璃的原子分子结构及温度效应有关。欢迎老师们继续探索研究。
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