這是關(guan) 於(yu) 高中物理教材電場部分一個(ge) 演示實驗的改進方案,可以解決(jue) 學生的誤解。

“法拉第圓筒實驗”的改進

法拉第圓筒是一個(ge) 開口的銅桶。應用於(yu) 法拉第圓筒實驗，測量束團電荷量和抑製中子發生器中的二次電子等。

“處於(yu) 靜電平衡狀態的帶電導體(ti) ，其淨電荷隻分布在導體(ti) 的外表麵”這一結論，在高中階段是用“法拉第圓筒實驗”加以說明的。通過該實驗的演示，學生能夠清楚地看到用移電導體(ti) 球從(cong) 圓筒的外表麵把電荷移到了驗電器上（可以明顯看到驗電器的金屬箔片張開較大的角度），而從(cong) 圓筒的內(nei) 表麵卻無論如何也不能移出電荷（經過很多次實驗，移電球也不能使驗電器的箔片張開哪怕很小的角度）。因此，學生對此結論不會(hui) 產(chan) 生任何懷疑。但是，由此也造成了學生理解的局限性。例如，對下麵一類習(xi) 題往往產(chan) 生誤解：“如圖，帶正電的金屬球殼內(nei) 表麵通過兩(liang) 條導線分別與(yu) 驗電器A、B相連（驗電器原來不帶電），則關(guan) 於(yu) 驗電器箔片的說

法中正確的是：（A）都張開；（B）都不張開；（C）A張開；（D）B張開，A不張開。”此題學生往往容易錯選B。他們(men) 的

邏輯是：“既然空腔導體(ti) 內(nei) 表麵不帶電，

則也不會(hui) 有電荷通過導線傳(chuan) 到驗電器上，因此驗電器的箔片不會(hui) 張開。”無疑，

這種說法是錯誤的。但是，隻通過講解使學生真正理解是相當困難的。為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 難題，筆者對“法拉第圓筒實驗”做了一些小小的改進，在原來移電球的基礎上又增加了一長一短兩(liang) 個(ge) 移電棒（一個(ge) 帶有絕緣柄的金屬導體(ti) 棒），要求長移電棒的長度必須保證其與(yu) 圓筒內(nei) 壁接觸時有一段探露在圓筒外（一般是絕緣手柄一端露出圓筒外，這一點是實驗成功的關(guan) 鍵！但對具體(ti) 長度沒有要求，為(wei) 了提高實驗的可見度，可適當增大圓筒的大小和導體(ti) 棒的長度），短移電棒的長度則必須保證其前端與(yu) 圓筒內(nei) 壁接觸時另一端也在圓筒內(nei) 。演示時可以看到這樣的實驗現象：當用移電球從(cong) 圓筒內(nei) 表麵取電荷時，驗電器箔片不張開；而當用長移電棒取電荷時，箔片會(hui) 張開很大的角度。這種強烈的對比必然會(hui) 引起學生的注意和深思，此時再用短移電棒從(cong) 圓筒內(nei) 表麵取電荷再與(yu) 驗電器接觸，發現驗電器的箔片也不張開，然後進行如下解釋：處於(yu) 靜電平衡狀態的帶電導體(ti) ，由於(yu) 同種電荷之間的斥力作用，都會(hui) 被排斥到導體(ti) 的最遠端，表現在隻分布在導體(ti) 的外表麵，當移電球與(yu) 圓筒內(nei) 壁接觸時，移電球與(yu) 圓筒就形成了一個(ge) 導體(ti) ，由於(yu) 移電球處在圓筒內(nei) 部，在其上沒有電荷分布。而當移電棒與(yu) 圓筒內(nei) 壁接觸時，由於(yu) 移電棒有一端伸出圓筒外，伸出圓筒外的這端自然變成了最遠端，因此移電棒就帶上了大量的電荷。此時再演示用短移電棒從(cong) 圓筒內(nei) 取電荷，就會(hui) 發現仍然不能使驗電器的金屬箔片張開。這種實驗現象會(hui) 使學生的思維受到強烈的震撼，再加以適當的講解，問題自然就會(hui) 迎刃而解了。