靜電除塵裝置的制作與原理

魏小亮

新課程的基本理念要求學生具有綜合運用所學知識，提出、分析和解決問題的能力.現實世界是物理學的根源，是物理教學的起點和歸宿，因此物理問題就不應局限于傳統的習題，在生活、生產和科研活動中能夠接觸到并獲得真實體驗的現象和事實，都可以作為問題引入到物理學習中來，這類問題稱為原始物理問題.

一、立足生活，發現問題

近年來，每逢秋冬，霧霾天氣肆虐全國大部分地區，一些城市的空氣質量指數（AQI）頻頻“爆表”.到底什么是霧霾？它對我們的生產和生活又會產生哪些不利的影響呢？霧霾的來源多種多樣，主要可分為兩大類：首先是人為因素，包括汽車尾氣、工業排放、建筑揚塵、垃圾焚燒等;其次是自然因素，例如火山噴發等.其中，90%的霧霾直接來自于人類的經濟社會活動.霧霾天氣是一種大氣污染狀態，即大氣中的各種懸浮顆粒物含量超過一定限度，使能見度降低，極容易引發交通阻塞和交通事故.霧、霾造成了空氣質量的下降，還會使生態環境不斷惡化，不僅對動植物的生長產生不利的影響.更為嚴重的是，長期的霧霾天氣，直接危害了人類的身體和心理健康.因此，空氣污染問題被越來越多的人所關注，防霾和治霾工作也變得刻不容緩.

“減少污染源，削減大氣污染源是解決霧霾的根本之道.”中國科學院大氣物理研究所研究員王庚辰說.靜電除塵作為火力發電、化工、冶金等諸多生產領域的主要除塵手段，能有效地從源頭上減少粉塵等污染物向大氣的直接排放，并具有運行可靠、維護方便以及能耗低等優點，展現了廣闊的發展前景.

二、動手操作，解決問題

偉大的物理學家麥克斯韋曾說過：一項實驗，使用的材料越簡單，越生活化，學生就越想透徹地了解實驗中所隱藏的奧秘.為了對靜電除塵裝置的構造及原理有更加直觀的認識，我們可以運用身邊隨手可得的器材設計實驗來模擬靜電除塵的過程，并在動手中體會物理學習的樂趣和養成自主探究的能力.

實驗：不冒煙的煙囪

實驗器材：開口的玻璃圓筒、銅絲、橡膠塊、硬紙板、電子感應圈、帶鱷魚夾的導線.

實驗操作：將開口的玻璃圓筒看作工廠里高聳的煙囪，在“煙囪”的上端用中央帶孔的硬紙板蓋住，取一段直銅絲穿過小孔并使其大致位于“煙囪”的軸線上.另截取一根長銅絲在“煙囪”的外表面等間隔的環繞數匝，用帶鱷魚夾的導線將兩根銅絲分別接至電子感應圈的正、負兩極（如圖1所示）.點燃橡膠塊，置于“煙囪”之中，待煙塵充滿“煙囪”后，開啟電子感應圈并不斷增大電壓，仔細觀察實驗現象.

“咦，原本充滿整個‘煙囪的煙霧怎么在頃刻間就消失了呢？”帶著疑問，筆者將硬紙板剪成條狀搭在“煙囪”上端（如圖2所示）.再次開啟感應圈，我們可以發現，盡管燃燒的橡膠塊一直在冒煙，但卻看不見有煙從“煙囪”里冒出來.一段時間后，再仔細觀察，原本干干凈凈的“煙囪”內壁上出現了斑斑點點的灰塵.

精彩的動手實驗猶如一味良藥的“引子”，它能調動我們的積極性，逐步加深對物理現象的認識，激發對現象背后的本質進行探究的欲望，讓學習漸人佳境.

三、追根究底，進行反思

實驗過程是對物理現象的初步感知過程，要想知其然并知其所以然，我們還需結合自身所學的物理知識去研究隱藏在現象背后的物理規律，以“動”促“思”，讓具體的形象思維逐步地升華為抽象的邏輯思維.

在實驗中，位于“煙囪”軸線上和外表面的兩根銅絲接到電子感應圈的兩個電極上，開啟感應圈，在兩個銅絲間就會產生一個高壓的靜電場，含有粉塵顆粒的氣體通過高壓電場時，原本氣體中的自由離子在電場力作用下加速，獲得較大的速度和動能.加速后的離子再撞擊氣體中的中性原子，使中性原子失去部分電子而變成離子，由于連鎖反應，氣體中運動的電子和離子數會迅速增加.電子在運動的過程中遇到粉塵顆粒，就會吸附在顆粒的表面，在強電場作用下，這些粉塵顆粒會被收集到“煙囪”的內壁.

陶行知先生認為：“生活即教育.”在平時學習中，我們需練就一雙慧眼，在生活中不斷地發現一些真問題來喚醒自己的思維，激發主動探究和解決問題的熱情，并在真實的實驗情境中去追尋現象背后的物理本質，從而提升自己分析和研究真問題的能力.