可視化電磁屏蔽實驗

畢 亮

(綠春縣第一中學，云南 綠春 662599)

可視化電磁屏蔽實驗

畢 亮

(綠春縣第一中學，云南 綠春 662599)

使用氯化鈉溶液設計了可視化的電磁屏蔽實驗，并探究了屏蔽殼的電導率及厚度對電磁屏蔽效果的影響.

電磁屏蔽；食鹽水；電導率

1 可視化電磁屏蔽實驗的設計

可視化電磁屏蔽實驗器材：純凈水、30 cm×30 cm×30 cm的有機玻璃水槽(使用更小的水槽也可)、1袋食鹽、1個透明氣球、2部手機、1只高4.5 cm的玻璃酒杯、1個羅技高清攝像頭.

實驗準備：

1)將B手機屏幕熄滅時間設置為10 min，或者設置為“從不”.

2)將B手機裝入透明氣球，在氣球口打結.

3)在水槽中裝入深度約為10 cm的純凈水(水的體積為9 L).

4)將羅技高清攝像頭連接電腦，將實驗的過程和細節同步到電子白板上.

實驗步驟：

1)將小酒杯放置于水槽中水底的中間位置，將B手機放在水中的小酒杯上(手機上下方的水深約為5 cm).

2)觀察B手機信號，可以看到滿滿的4格信號，同時能看到“4G”字樣.

3)用A手機撥打B手機，撥打電話的同時將A手機的免提功能打開，電話接通后可以聽到A和B手機同時響起音樂.

4)將盡量多的食鹽倒入純凈水中并加以攪拌，將純凈水制成食鹽水(本文中倒入的食鹽約為185 g).

5)再次進行實驗，可以觀察到B手機無信號，原本的信號圖標位置出現“×”，“4G”字樣也消失不見.

6)用A手機撥打B手機，撥打的同時把A手機的免提打開，A手機發出“你撥打的電話無法接通”的提示音，B手機沒有發出鈴聲，也看不到來電顯示.

7)將B手機從食鹽水中取出，B手機的信號恢復正常，用A手機撥打B手機也可以撥通.

8)將B手機從氣球中取出，再將B手機的手機卡取出，可以看到B手機無信號，也無“4G”字樣，屏幕上有無卡的提示圖標.

此實驗不僅可聽，也可視，學生可以使用聽覺和視覺感覺器官同時做出判斷，得出正確結論:密閉的食鹽水“導體盒”可以屏蔽手機信號.

2 屏蔽殼厚度和電導率對屏蔽效果的影響

開展可視化電磁屏蔽實驗，學生很自然就提出這樣的問題：為什么使用食鹽水演示電磁屏蔽實驗，手機下方還需要墊小酒杯？自來水也是導體，為什么不使用自來水演示電磁屏蔽實驗，如果采用自來水不是更能節省成本嗎？于是，進一步探究屏蔽殼的電導率和厚度對屏蔽效果是否造成影響.

2.1 相同質量分數的食鹽水“薄殼”是否可以屏蔽手機信號

實驗器材：食鹽水、1個有機玻璃水槽、1個透明氣球、2部手機.

實驗方案：

1)直接將小酒杯取走，使B手機沉入食鹽水下方. B手機下方的屏蔽殼厚度比較薄. 觀察到原本無信號的B手機，出現有2格信號，信號圖標上方沒有 “4G”字樣，而是出現字母“E”. 用A手機撥打B手機，可以打通(環境不同，手機品牌和型號不同，NaCl的質量分數不同，手機信號略有差異).

2)將水槽中的食鹽水倒掉一大部分，食鹽水中放入酒杯，酒杯上方放B手機，B手機上方的食鹽水厚度約為1 cm，看到有2格信號，有4G圖案. 用A手機撥打B手機，也可以接通.

與食鹽水深度為10 cm的實驗對比，可以得到這樣的結論：質量分數相同的食鹽水，即電導率相同的食鹽水，屏蔽殼厚度大的屏蔽效果好，屏蔽殼厚度小的屏蔽效果差.

2.2 相同厚度的自來水“密封盒”是否可以屏蔽手機信號

實驗器材：自來水、1個有機玻璃水槽、1個透明氣球、2部手機、1只高4.5 cm的玻璃酒杯.

實驗方案：

1)水槽中裝入10 cm深自來水，把玻璃酒杯放入水底的中間位置，將套了透明氣球的B手機置于玻璃杯上方.

2)觀察B手機，看到信號只有2格，同時能看到“4G”字樣(環境不同，手機品牌和型號不同，NaCl的質量分數不同，手機信號略有差異).

3)用A手機撥打B手機，可以撥通. 說明厚度約為5 cm的“自來水屏蔽殼”只減弱了B手機接收信號的能力，起到一定屏蔽作用，但無法完全屏蔽B手機的信號.

由于自來水中的自由電荷數少于食鹽水中的自由電荷數，因此自來水的電導率小于食鹽水的電導率(學生容易理解). 如果用實驗手段比較自來水和食鹽水的電導率，可以取相同體積的兩燒杯液體(筆者取的體積為125 mL，食鹽水為前面做實驗使用過的食鹽水)，用導線將其與2節干電池、分度值為0.02 A的電流表連成斷開的電路，斷開的2根導線當作“開關”，將“開關”插入自來水中，“開關”的兩端緊貼燒杯壁，自來水不能使量程為0.6 A、分度值為0.02 A的電流表的指針偏轉(可以使靈敏電流計指針偏轉). 食鹽水能使相同量程和分度值的電流表指針偏轉，電流讀數為0.16 A. 注意：電解食鹽水會產生氯氣，不要使電路長時間保持接通，電路的通斷必須在瞬間完成.

與食鹽水深度為10 cm的實驗進行比較，可得出實驗結論：屏蔽殼厚度相同時，“含有雜質”的水，電導率大的屏蔽效果好，電導率小的屏蔽效果差.

探究了屏蔽殼的厚度和電導率對屏蔽效果的影響之后，可以再進一步拓展. 教師提出問題：在海底執行任務的潛水艇是否可以使用無線電通訊?并對潛水艇的通訊進行適當介紹.

3 結束語

在物理教學中，教師開發物理創新實驗是非常有必要的. 活學活用物理知識，學生才比較容易理解物理知識，同時也可使學生牢牢掌握物理知識. 筆者設計的創新實驗，不僅可以培養學生動手解決實際問題的能力，更為重要的是可以啟迪智慧，提升學生的創新思維，進而培養學生的創新能力.

[責任編輯：尹冬梅]

Visual electromagnetic shielding experiment

BI Liang

(Luchun No.1 Middle School, Luchun 662599, China)

The visual electromagnetic shielding experiments were designed using NaCl solution. The influence of conductivity and thickness of shielding shell on the shielding effect was studied.

electromagnetic shielding; NaCl solution; conductivity

2016-10-31

云南省教育科學“十二五”規劃2015年度課題(No.BC15030)

畢 亮(1984-)，男，云南彌渡人，云南省綠春縣第一中學一級教師，學士，從事中學物理教學工作．

G633.7

B

1005-4642(2017)01-0059-02