玻璃帶電實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意的一個問題

在現(xiàn)行的中小學(xué)物理教材中講述過“用絲綢磨擦過的玻璃棒帶正電”。我通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如果玻璃棒的溫度升高，用絲綢磨擦過的玻璃棒，玻璃棒既可以帶正電也可以帶負(fù)電；同時玻璃體也可能由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電體。實(shí)驗(yàn)介紹如下：

1 實(shí)驗(yàn)器材

小學(xué)或中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常規(guī)配備的靜電實(shí)驗(yàn)盒三盒（我使用的是四川省教學(xué)儀器廠出產(chǎn)的J238靜電實(shí)驗(yàn)盒），1500瓦電爐一個；220伏交流電源一臺，220伏帶燈座白熾燈泡一個，酒精噴燈一盞，自制帶電極玻璃體（用廢舊220伏白熾泡除掉泡狀外殼和鎢絲），220伏白熾燈座一只，電工用實(shí)驗(yàn)板一塊，220伏開關(guān)一只，適合220伏用導(dǎo)線若干。

2 實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

2.1 玻璃棒磨擦起電實(shí)驗(yàn)

（1）用干燥清潔的毛皮和橡膠棒（或塑料棒）相磨擦，使橡膠棒帶上負(fù)電荷（按現(xiàn)行教材規(guī)定）并放在絕緣支架上，再用干燥清潔的玻璃棒和絲綢相磨擦，使玻璃棒帶電并接近但不接觸前一根帶負(fù)電橡膠棒時，可以觀察到橡膠棒被“拉”著在支架上旋轉(zhuǎn)，即相互吸引，證明此時用絲綢磨擦過的玻璃棒帶正電荷。

（2）在地面上放好1500瓦電爐，在距爐面豎直高30~40厘米左右的地方架起可橫放玻璃棒的框架，將幾根實(shí)驗(yàn)用玻璃棒放于其上，接通電爐烘烤，此時玻璃棒的環(huán)境溫度可以達(dá)到50~85攝氏度左右，當(dāng)烘烤時間在30~50分鐘左右，取烘后的玻璃棒與干燥清潔的絲綢相磨擦，將磨擦后帶電的玻璃棒接近不接觸操作規(guī)程1中支架上帶負(fù)電的橡膠棒（也可重新按操作1使之帶上負(fù)電荷）時，可觀察到橡膠棒被“推”著旋轉(zhuǎn)，即相互排斥；將磨擦后帶電的玻璃棒（烘后的）接近不接觸操作1中放在支架上帶正電的玻璃棒（也可重新按操作1使之帶上正電荷）時，可觀察到（操作1中）玻璃棒被“拉”著在支架上旋轉(zhuǎn)，即相互吸引，由此可以證明用絲綢磨擦玻璃棒（烘烤后的）帶負(fù)電荷。

上述實(shí)驗(yàn)證明：在常溫條件下，用絲綢磨擦過的玻璃棒帶正電荷，在上述相對的特殊條件下，用絲綢磨擦過的玻璃棒帶負(fù)電荷。

2.2 玻璃體絕緣性能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1 用220伏用導(dǎo)線將220伏帶燈座白熾燈泡和開關(guān)串聯(lián)安裝在電工用實(shí)驗(yàn)板上，然后連接在交流電源220伏輸出端，在檢查串聯(lián)無誤和保證安全的條件下，接觸電源，合上開關(guān)，可觀察到：白熾燈發(fā)光，說明線路器材完好。

實(shí)驗(yàn)2 將自制帶電極玻璃體安裝在220伏白熾燈座上，再將其串聯(lián)安裝在上述實(shí)驗(yàn)1的線路之中，在檢查整個串聯(lián)無誤和保證安全的條件下，接通電源，合上開關(guān)，可觀察到：白熾燈不發(fā)光，說明自制帶電極玻璃體不導(dǎo)電，可以證明此玻璃體具有絕緣性，說明“玻璃是相當(dāng)良好的絕緣體”（九年義務(wù)教育三年制初級教科書物理《導(dǎo)體和絕緣》一課中結(jié)論）。

實(shí)驗(yàn)3 上述實(shí)驗(yàn)2通電時，用酒精噴燈外焰加熱自制帶電極玻璃體，當(dāng)玻璃體被加熱達(dá)到紅熾狀態(tài)時，可觀察到：白熾燈發(fā)光，說明自制帶電極玻璃體導(dǎo)電，可以證明此玻璃體具有導(dǎo)電性，此時的玻璃體是導(dǎo)電體。

上述實(shí)驗(yàn)證明玻璃既可以是絕緣體又可能是導(dǎo)電體。具體原因估計與玻璃的原子分子結(jié)構(gòu)及溫度效應(yīng)有關(guān)。歡迎老師們繼續(xù)探索研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］人民教育出版社物理室編著的九年義務(wù)教育三年制初級中學(xué)教科書<物理>第二冊

(欄目編輯王柏廬)