轉換思維 巧妙檢驗導體和絕緣體

黃仕明

摘 要：在整個電學教學過程中，導體和絕緣體是學生建立電路概念的起點，也是安全用電的基礎.教材中用干電池和小燈泡組成的簡單電路來檢測導體和絕緣體，該裝置無法檢驗電阻稍大一些的導體，將普通的小燈泡改成發光二極管之后還是不能檢驗人體、潮濕的木棒和高溫的玻璃等電阻較大的導體.利用擴音器將微弱的電流放大，再將電信號轉換成可以直接感受到的聲音信號，效果直觀，可以有效突破導體和絕緣體的教學困境.

關鍵詞：導體和絕緣體；音頻線；擴音器；MP3

物理是一門以觀察和實驗為基礎的入門課程，旨在引導學生通過觀察和實驗對自然界中的現象進行分析、綜合、概括，從而建立物理概念和規律[1].電流看不見摸不著，如何將其展現出來成為電學實驗的重點.在整個電學教學過程中，導體和絕緣體的演示實驗是學生建立電路概念的起點，也是安全用電的基礎.教材中用干電池和小燈泡組成的簡單電路來檢測導體和絕緣體，該裝置可以用來檢驗導電能力較強的導體，但是無法檢測電阻稍大一些的導體，如：人體、潮濕木棒、鹽溶液等.在干燥環境中，人體的電阻為2000Ω左右，用普通的3V干電池供電時通過人體的電流約為1mA，小燈泡無法發光，一些改進實驗采用工作電流為10mA的發光二極管來代替小燈泡，效果還是不理想，無法檢測人體等電阻較大的導體.導體和絕緣體之間沒有絕對的界限，外界條件改變后絕緣體也可能變為導體，如：高溫下的玻璃，潮濕的木棒，老化的塑料等.這些導體的電阻更大，在安全電壓范圍內，普通儀器很難檢測出如此微小的電流.因此，改進導體和絕緣體的檢測裝置很有意義，也很有難度.

功放俗稱“擴音器”是音響系統中最基本的設備，它可以把來自音源的微弱電信號進行放大，再驅動揚聲器發出聲音.而且擴音器的放大倍數可以調節，即使電流很微弱，也可以檢測出來，還能把看不見的電信號轉化為可以直接感知的聲音信號.

MP3是一種便攜式的音頻播放器，其音頻源輸出的電信號很微弱，輸出電壓約為1V，輸出電流約為10mA.MP3輸出微弱電信號可以通過音頻數據線連接到擴音器上， 這個微弱的電流經過擴音器的等比例放大后進一步轉化成不同響度的聲音.

若將音頻線剝開，剪斷其中一根電纜并引出兩個接頭，則可制成一個很好的電路檢測裝置.詳見圖2.

利用擴音器本身的放大電路來檢測微弱的電流，效果很好，而且該實驗裝置通過聲音的大小來反映電流的強弱，便于比較電阻的大小.

實驗一：打開擴音器，播放MP3中的音樂，當兩個接線頭斷開時聽不到聲音，兩接線頭接觸時音樂正常播放.請一個學生兩手分別握在兩個接線頭上，可以聽到音樂繼續播放，但聲音略偏小，松手后音樂停止，本實驗直觀地說明人體是導體.再請兩個學生分別握住一個接線頭，當他們手拉手時能清晰地聽到音樂繼續播放，松手后音樂停止，這個實驗說明人體是可以導電的，其他人觸電后不能直接用手去拉.

實驗二：打開擴音器，播放MP3中的音樂，當兩個接線頭斷開時聽不到聲音，兩接線頭接觸時音樂正常播放.將一小段玻璃管夾在兩個接頭上，此時聽不到音樂聲，說明常溫下玻璃是絕緣體；

用酒精燈加熱玻璃管，可以看到玻璃管逐漸變紅，同時聽到音樂聲音慢慢變大，停止加熱，在玻璃管冷卻過程中可聽到音樂聲逐漸變小.該實驗清晰地說明溫

度升高以后玻璃也會從絕緣體變成導體，導體和絕緣體之間沒有明顯的界限.

該裝置還可以用來檢測干燥木棒和潮濕木棒的導電能力，效果都很明顯.本裝置利用擴音器中原有的放大裝置，巧妙地把微弱的電信號檢測出來，并轉化為聲音信號，裝置靈敏度高，效果直觀明顯，可以有效突破導體和絕緣體教學中的實驗難點，而且該裝置簡單易得，便于制作和推廣.

參考文獻：

[1] 謝從豪.怎樣做好演示實驗[J].中學物理（初中版），1998，02.