创新实验,摘自中学物理教学

电场中的乒乓球实验装置

t 朱向阳

江西省信丰中学 341600

新课标司南版5物理6(选修3-1,2005年2月第1版)教材中,在静电场一章的/迷你实验室0栏目里有个/电场中的乒乓球0实验:放置2块金属板,距离不要太远,在2块金属板中间用1根绝缘线悬挂1个乒乓球,2块金属板分别接在电源的正负、极上(图略)。你会看到,乒乓球将向其中一块金属板运动,当与该板碰撞后就会返回,并与另一块金属板碰撞,如此反复。

[1]

根据文献和实验研究表明,该实验中必须把乒乓球制作成导电球,才能使乒乓球在电场中往复运动。如果用新买的乒乓球(绝缘球)做此实验,由于电介质在电场中被极化,使乒乓球在靠近金属板的两侧时形成极化电荷,极化电荷虽能显现电性,但不能在介质中移动,所以不能跟金属板所带的异种电荷中和,结果只能使乒乓球被其中的一块金属板吸住。如果将乒乓球表面涂上一层导电物质使其成为导电球(或用空心的轻质金属端与A车下端的螺丝钉相连,另一端从右侧B车下面穿过,并跨过右侧定滑轮与右侧钩码相连。

»同理,将小车B置于光滑轨道的右侧,细线的一端与B车下端的螺丝钉相连,另一端从A车下面穿过,并跨过左侧定滑轮与左侧钩码相连。

¼将已固定好米尺的白板置于光滑轨道的后侧紧贴轨道处,并使A车前端的细橡皮管的喷嘴正对白板。5 使用方法

¹使用前,调整A车,使A车右端与米尺/00刻度对齐,同时,也使B车左端与米尺/1000刻度对齐,用夹子夹住两根细线,使两车不能运动。

º两侧挂上合适的钩码后,松开夹子,两车便同时开始相向运动。

»一段时间后,两车相碰,在相碰处,两车挤压细橡皮管,红墨水便通过针头喷嘴喷出,打在轨道后侧紧贴喷嘴处的白板上,留下墨点。

¼白板上墨点的位置就表示两车相碰时的位

图4

球),导电球在电场中由于静电感应,会使其靠近金属板的两侧带上等量的异种电荷,导电球便会摆向较近的金属板并与之碰触,碰触时导电球上

靠近金属板一侧的电荷被金属板上的异种电荷中和,结果因导电球另一侧只带跟此金属板同种的电荷而受到排斥,使导电球摆向另一金属板。只要不断地给金属板供电,导电球就能在两金属板之间往复运动。

值得一提的是有些用过的乒乓球因有污渍而可能变成导电球,用它实验也会看到乒乓球在电场中做往复运动的现象。

下面介绍几款该实验的自制装置,其制作简单,取材容易,实验效果良好。1 款式1:塑料罐、金属板组合装置

如图1所示:把2块金属板(铜质、铝质和铁质均可)的底端相距8cm左右用螺钉平行地固定置,如图4。则在相等时间内A车的位移为SA,B车的位移为SB(注意:图中A车的位移SA由右侧钩码拉力大小决定,B车位移SB由左侧钩码拉力大小决定)。

½重复以上操作步骤,就能得到多组位移与拉力、质量的关系;这样,我们就可以方便地探究加速度与力、质量的关系了。6 教具优点

¹实验过程可见度大,直观性强;º易于操作,形象生动,重复性强;

»相比教材,此装置位移记录比较准确。

(收稿日期:2009-03-16)

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