實驗有助認識電的本質

摘要電的本質是物質能量的表現形式之一，當組成物質的正負電性微粒相分離時，兩者之間有力的相互作用，有電勢能。直觀、有趣的電學實驗有助于學生認識電的本質。

關鍵詞靜 電靜 電荷驗 電器 導體 電阻

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A

近年來，在分科高考的應試指揮棒的調度之下，學生從高一年級的下學期結束前就分科教學。分為：文科，理科，藝術，體育等學科。更有甚者，中考應試也想要模仿高考來進行。技師學院每年也就跟著招收進了“全科生”，有選修理化的、物生的、物政的、物地的、史地的、史政的、史化的、史生的，也有選修音樂的、美術的和體育的。學生來自于不同的學校、學了不同的選修專業，基礎不一，給統一教學帶來了很大的難度。筆者在教授《電工電子技術基礎》課程時就遇到了學生電學基礎參差不齊的問題。解決問題的辦法是設計了一系列實驗，尤其是一些趣味實驗更能激發學生的學習熱情，引導學生自主學習，互助學習。實驗有助于同學們認識電的本質和性質，了解電的產生、分類，彌補了基礎參差不齊的問題。

1 電的本質

電是能的一種形式，它是與靜電荷或動電荷相聯系的能量的一種表現形式。能是物質做功的能力，或做功的本領。能是不能直接觀察或測量的，只能通過它對物質產生的作用來衡量。

世界是物質的，物質是由分子或原子組成的，分子由原子構成。原子由占原子體積極小的，而近視等于原子質量的高密度的帶正電荷的原子核，與原子核外質量極小，且在原子核外廣大空間中繞核高速運動帶負電的電子組成。不同種類的原子核分別與特定數目的電子結合時，正負電荷正好相互抵消，原子此時不帶電而顯電中性。當物質原子因某種原因獲得額外的電子時，就帶上負電荷；當物質原子因某種原因失去電子時，該原子就顯正電性。帶同種電荷的物體相互排斥，帶異種電荷的物體相互吸引。帶電微粒之間有力的相互作用、存在電勢能。帶電的微粒靜止不動時就是靜電，當無數個電荷，按某一線路連續運動時，就形成了電荷流即電流。電流通過導體會產生熱效應、磁效應、化學效應、發光效應等。

2 電的分類

電分為靜電和電流。物體帶了正電荷或負電荷之后，電荷在物體上的分布又相對靜止不動時，均稱其為帶了靜電。電流為指流動的電荷即動電。按電流的方向分為直流電和交流電。直流電的電荷流動方向始終保持不變；交流電的電荷流動方向隨時間的改變而有規律地變化。

規定：絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電荷：毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電荷。

3 有關的電類實驗

認識靜電：用絲綢摩擦玻璃棒(或毛皮摩擦過橡膠棒)，然后，將玻璃棒與驗電器接觸，驗電器的金屬箔片就相互推斥而分離：摩擦過的玻璃棒(或橡膠棒)能吸引灰塵及其它微小的物體。又請長頭發的女學生站到有機玻璃臺上，手接觸帶靜電的金屬球后，長頭發立刻爆炸形地根根直立在頭皮上。見此情形，同學們的興趣立刻被調動了起來，會在他們的頭腦中留下永遠不磨滅的關于靜電的深刻印象。

用兩根絲線各懸(懸掛距離相隔5厘米)一個聚苯乙烯發泡粒子，當用絲綢摩擦過的玻璃棒(或毛皮摩擦過的橡膠棒)分別與兩個聚苯乙烯發泡粒子接觸之后，它們會相互排斥；當用絲綢摩擦過的玻璃棒與一個聚苯乙烯發泡粒子接觸，用毛皮摩擦過的橡膠棒再與另一個聚苯乙烯發泡粒子接觸，兩個聚苯乙烯發泡粒子會相互吸引。實驗說明：電具有同性相斥，異性相吸的特性。

認識動電：為了讓同學們認識靜電如何轉化成動電(即電流，流動的電荷)的過程。特為同學們設計了如下的實驗。實驗儀器：兩個驗電器，一個帶有絕緣手柄的金屬導體，絲綢與玻璃棒(或毛皮與橡膠棒)。實驗過程：將兩個驗電器并行擺放，兩者間隔的距離為一個帶有絕緣手柄的金屬導體的長度(如下圖a)；用絲綢摩擦玻璃棒(或毛皮摩擦過橡膠棒)之后，將玻璃棒與A驗電器接觸，驗電器箔片帶電后相互推斥(夾角較大)；用帶有絕緣手柄的金屬導體將A、B兩個驗電器連接起來，會看到A驗電器的箔片夾角變小，同時B驗電器的箔片也開始相互推斥，夾角與A驗電器的相同。實驗結論：A驗電器帶電后箔片相互推斥，B驗電器不帶電、箔片也不相互推斥；A、B兩驗電器所處環境相同，據上述現象，得出：A驗電器帶電電位高，B驗電器不帶電電位低(如下圖b)：當A、B驗電器被金屬導體相連之后，A驗電器的箔片夾角變小，B驗電器的箔片也相互推斥且夾角與A驗電器的箔片夾角一樣(如下圖c)。說明：電荷從高電位的A驗電器經過金屬導體，流到了低電位的B驗電器，直至A、B驗電器的電位相等，導體中的電流才為零。電位差是電荷沿導體流動的前提條件。

趣味實驗：準備一個耐壓5kV大于100pF的電容器且兩極分別焊接上金屬導線；絲綢與玻璃棒(或毛皮與橡膠棒)；將電容器一極與地相連，另一導線與用絲綢摩擦過的玻璃棒(或毛皮摩擦過橡膠棒)反復多次接觸后；切斷電容與地接觸的導線，此時電容器已經儲存了電荷。請全班同學手拉手地排成一隊，一端的人手接觸帶電電容器的一極，當另一端的人手再接觸電容器的另一極時，全班同學都因電擊而跳起來。同學們對于自身充當導體，電流過身觸接靈魂的親身體驗，深感終生難忘。

認識導體的電阻：直徑{φ0.05mm長1m的細鋼絲20根；1.5V電池兩節；1.5V小燈泡一只。燈泡、電池、細鋼絲構成一串聯發光電路。比較20根細鋼絲并聯與串聯時，燈泡的亮度。同學們不難看出導體的電阻與導體的長度成正比，與導體的橫截面積成反比。R=pl／S。

電流通過金屬導體時，自由電子在金屬晶體內穿行，運動中的自由電子會與晶體中的原子發生碰撞，帶負電的電子會與金屬原子晶格中的原子發生吸引或排斥的力的相互作用，而消耗電能，并轉化為熱。導體表現出對電流的阻礙作用，即導體具有電阻。

認識影響導體電阻的溫度等因素：

、

實驗材料：直徑φ0.05mm長1m的細鋼絲2根；1.5V電池兩節；1.5V小燈泡一只；酒精燈、打火機各一只。燈泡、電池、細鋼絲構成一串聯發光電路。比較導體在常溫與高溫(加熱)的條件下，燈泡的亮度不同。同學們不難得出導體的電阻隨著溫度升高而增大的結論。

導體導電時，自由電子在金屬晶體內穿行，運動中的自由電子會與晶體中的原子發生碰撞，當金屬晶體溫度升高之后，金屬晶體的內能增加，晶格中原子振動頻率升高與運動中的自由電子碰撞幾率大大提高，導體表現出對電流的阻礙作用也大大增強，即溫度升高之后，導體的電阻也會大大增加，即導體的電阻率是溫度的函數。R=pl／S、p=f(T)。

4 遵循認識規律

認識指人的頭腦對客觀世界的反映。毛澤東同志說：“一個正確的認識，往往需要經過由物質到精神，由精神到物質，即由實踐到認識，由認識到實踐這樣多次的反復，才能夠完成。”《人的正確思想是從那里來的?》。實驗幫助同學們有效地認識電的本質過程，或多或少地彌補了同學們以前缺失了的實驗教學環節，是還原了人類認識事物的本來過程，遵循了認識事物的發展規律。趣味實驗更加激發了學生的學習興趣，因此學生學習熱情高漲、效果顯著。正是“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”

參考文獻

[1]白淑珍，電子技術基礎(第2版)，電子工業出版社

[2]趙景波，模擬電子技術應用基礎，人民郵電出版社.

[3]張淳民物理學(第l版)，電子工業出版社

[4]全國技工學校電子類通用教材，電工基礎(第2版)，中國勞動出版社.