一种简单的给人体带电的方法——高中物理教学案例

摘要在没有范氏起电机的情况下,用一种简单的方法来演示人体带静电时的有趣现象。
　　
　　关键词物理实验人体带电静电感应
　　
　　在中学物理教学中,用生动有趣的物理现象来激发学生的求知欲,进而引导学生由表及里对实验现象进行分析,是进行概念规律教学的一种重要方法。在科技馆的大型静电现象演示中,有一个给人体带电,使人的头发竖起、散开的实验,非常有趣。做这个实验,用的是范氏起电机,那么在没有范氏起电机的情况下,我们能不能也演示同样的现象呢?下面,我就介绍一种非常简单的实验方法。
　　
　　实验器材:1块泡沫塑料板,1块毛皮,1个绝缘凳,1块带绝缘柄的金属板,1个铁架台,1根长导线,1支验电羽。
　　
　　实验的准备:将长导线一端与铁架台相连(压在铁架台下面),另一端与大地相连。将泡沫塑料板放在桌面上紧靠铁架台,将绝缘凳放在离开导电物约30cm处。
　　
　　实验过程:教师先用毛皮摩擦泡沫塑料板,然后站在绝缘凳上。实验的关键操作是手持固定有金属板的绝缘柄,将金属板放在泡沫塑料板上,并与铁架台相接触;之后,拿起金属板与自己的身体接触,重复进行上述操作,使自己的带电量逐渐增多,就会出现头发竖起的现象。如果实验者的头发过短或过长,则可以用另一只手举起一支验电羽,做实验时会看到验电羽向四面伸展开。
　　
　　实验过程的两个关键动作如图1甲、乙所示。
　　

　　实验完毕,先用手接触木桌面,缓慢放电后再走下绝缘凳。
　　
　　实验原理:这个实验的原理,粗看起来,似乎是金属板不断将泡沫塑料板上的电荷转移到自己身上,尤其是在观看者只注意人体带电现象,而忽视取电过程的细节时,更会产生这种错觉。事实上,这个实验利用的是感应起电,即静电感应现象,而不是简单的接触带电。
　　
　　经过摩擦的泡沫塑料板上带有大量的电荷但由于泡沫塑料板是绝缘体,这些电荷并不能自由移动。当金属板放在泡沫塑料板上时,虽然也有一些电荷转移到金属板上,但毕竟金属板与泡沫塑料的实际接触面积是很小的,主要发生的是静电感应现象。在金属板的下表面,感应出与泡沫塑料板所带电荷异性的电荷,而在金属板的上表面,感应出与泡沫塑料板所带电荷同性的电荷当金属板与铁架台接触时,金属板接地,再拿起金属板时,它上面只剩下了与泡沫塑料板所带电荷异性的电荷了,与人体接触以后,使人体带电。人体所带的电荷,与泡沫塑料上所带的电荷是异种电荷。在每次操作时,主要靠静电感应使金属板带电,泡沫塑料上的电荷量损失很小,这样反复操作时,就如同泡沫塑料板上有“取之不尽”的电荷。
　　
　　这个实验也可以让学生站在绝缘凳上,由教师手持金属板的绝缘柄给学生带电。