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會員注冊這是關于高中物理教材電場部分一個演示實驗的改進方案,可以解決學生的誤解。
“法拉第圓筒實驗”的改進
法拉第圓筒是一個開口的銅桶。應用于法拉第圓筒實驗，測量束團電荷量和抑制中子發生器中的二次電子等。
“處于靜電平衡狀態的帶電導體，其凈電荷只分布在導體的外表面”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球從圓筒的外表面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），而從圓筒的內表面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，學生對此結論不會產生任何懷疑。但是，由此也造成了學生理解的局限性。例如，對下面一類習題往往產生誤解：“如圖，帶正電的金屬球殼內表面通過兩條導線分別與驗電器A、B相連（驗電器原來不帶電），則關于驗電器箔片的說
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。他們的
邏輯是：“既然空腔導體內表面不帶電，
則也不會有電荷通過導線傳到驗電器上，因此驗電器的箔片不會張開。”無疑，
這種說法是錯誤的。但是，只通過講解使學生真正理解是相當困難的。為了解決這個難題，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個移電棒（一個帶有絕緣柄的金屬導體棒），要求長移電棒的長度必須保證其與圓筒內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鍵！但對具體長度沒有要求，為了提高實驗的可見度，可適當增大圓筒的大小和導體棒的長度），短移電棒的長度則必須保證其前端與圓筒內壁接觸時另一端也在圓筒內。演示時可以看到這樣的實驗現象：當用移電球從圓筒內表面取電荷時，驗電器箔片不張開；而當用長移電棒取電荷時，箔片會張開很大的角度。這種強烈的對比必然會引起學生的注意和深思，此時再用短移電棒從圓筒內表面取電荷再與驗電器接觸，發現驗電器的箔片也不張開，然后進行如下解釋：處于靜電平衡狀態的帶電導體，由于同種電荷之間的斥力作用，都會被排斥到導體的最遠端，表現在只分布在導體的外表面，當移電球與圓筒內壁接觸時，移電球與圓筒就形成了一個導體，由于移電球處在圓筒內部，在其上沒有電荷分布。而當移電棒與圓筒內壁接觸時，由于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圓筒內取電荷，就會發現仍然不能使驗電器的金屬箔片張開。這種實驗現象會使學生的思維受到強烈的震撼，再加以適當的講解，問題自然就會迎刃而解了。
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