2015年高考浙江理綜卷第16題與靜電力演示儀

魯 斌

(浙江省余姚中學(xué) 浙江 寧波 315400)

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考試與評(píng)價(jià)研究

2015年高考浙江理綜卷第16題與靜電力演示儀

魯 斌

(浙江省余姚中學(xué) 浙江 寧波 315400)

2015年高考浙江理綜卷第16題中提到的“靜電力演示儀”，在課堂教學(xué)中運(yùn)用的并不廣泛，原因在于鍍膜乒乓球制備的復(fù)雜性以及安全性.筆者在課堂教學(xué)中，應(yīng)用簡(jiǎn)單的設(shè)備和材料，制作靜電力演示儀，能夠產(chǎn)生相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改良和變式，獲得了較好的教學(xué)效果.

靜電力演示儀 2015年高考浙江理綜卷 電場(chǎng)力做功

2015年的高考已經(jīng)落下帷幕，浙江理綜物理試題難度較往年有所下降，但試題風(fēng)格穩(wěn)定，力求創(chuàng)新，特別在考查學(xué)生的思考能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ψ矫妫休^好的側(cè)重.

1 考題再現(xiàn)

2015年高考浙江理綜卷第16題，考查了靜電感應(yīng)和靜電力做功的相關(guān)知識(shí).原題如下.

【題目】圖1所示裝置為靜電力演示儀，兩金屬極板分別固定于絕緣支架上，且正對(duì)平行放置.工作時(shí)兩板分別接高壓直流電源的正負(fù)極，表面鍍鋁的乒乓球用絕緣細(xì)線懸掛在金屬極板中間，則

A.乒乓球的左側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷

B.乒乓球受到擾動(dòng)后，會(huì)被吸在左極板上

C.乒乓球共受到電場(chǎng)力、重力和庫(kù)侖力3個(gè)力的作用

D.用絕緣棒將乒乓球撥到與右極板接觸，放開后乒乓球會(huì)在兩極板間來(lái)回碰撞

圖1 靜電力演示儀

本試題的答案為選項(xiàng)D.由于靜電感應(yīng)，小球右側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷，小球左側(cè)感應(yīng)出正電荷，若給小球以擾動(dòng)，那么小球就在靜電力作用下運(yùn)動(dòng).如果與右極板接觸，小球右側(cè)的負(fù)感應(yīng)電荷被中和，隨著電荷的持續(xù)移動(dòng)，小球與右極板達(dá)到等電勢(shì)，帶相同電性的電荷，與右極板排斥，與左極板吸引，從而向左極板運(yùn)動(dòng)，并與其接觸、中和、等勢(shì)、排斥，如此小球?qū)⒃趦蓸O板間來(lái)回碰撞.

2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)

在課堂教學(xué)中，筆者也運(yùn)用此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“電勢(shì)與電勢(shì)能”的教學(xué).裝置與其類似，將包著鋁箔的乒乓球代替表面鍍鋁的乒乓球，用感應(yīng)起電機(jī)代替高壓直流電源，這樣使本實(shí)驗(yàn)在前期準(zhǔn)備和課堂演示時(shí)顯得更加方便和安全.實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示.

在靜電力的作用下，小球在兩極板之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，一方面說(shuō)明電場(chǎng)力的存在，一方面說(shuō)明電場(chǎng)力可以做功，學(xué)生可以很直觀地感受到這些物理概念.

圖3 靜電力演示儀實(shí)驗(yàn)圖

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)

余姚中學(xué)物理組的沈老師，在此實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，將本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn).他將兩塊極板固定在絕緣的泡沫板上，將小球直接放在兩板中間，省去了細(xì)線和鐵架臺(tái)，用感應(yīng)起電機(jī)起電后，小球仍能夠快速地來(lái)回運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示.

圖4 靜電力演示儀二

4 類似實(shí)驗(yàn)裝置

在溫州科技館，筆者也看到如圖5所示的靜電力演示裝置.中間大球的極性與兩邊極板的極性相反.當(dāng)加上直流電壓之后，兩個(gè)小球就會(huì)在靜電力作用下在兩極之間來(lái)回碰撞擺動(dòng).此裝置與靜電力演示儀一類似.

圖5 溫州科技館靜電力演示儀

筆者也曾看過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，如圖6所示.在絕緣盒子兩側(cè)焊上銅片，與高壓線圈兩極相連.將一個(gè)乒乓球鍍上鋁膜，另一個(gè)不做任何處理.打開高壓線圈，看到鍍鋁膜的乒乓球快速來(lái)回運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)小球則不動(dòng).此實(shí)驗(yàn)增加了對(duì)比組，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯.此裝置與靜電力演示儀二類似.

圖6 靜電力演示儀三

5 儀器的改裝與實(shí)驗(yàn)

上述靜電力演示儀，都可以演示在靜電力作用下，物體來(lái)回運(yùn)動(dòng)，即完成電勢(shì)能與動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化.那么靜電力做功能否轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能呢？筆者又設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)裝置，如圖7所示.

將感應(yīng)起電機(jī)的一極與極板相連，將包有鋁箔的乒乓球用一細(xì)銅線懸掛，并連接到感應(yīng)起電機(jī)的另一極.這樣，當(dāng)起電機(jī)開始起電，通過(guò)導(dǎo)線,小球和極板帶上了異號(hào)電荷，產(chǎn)生庫(kù)侖引力，小球會(huì)向極板方向偏斜，高度增加，重力勢(shì)能增加，如圖8所示.

圖7 靜電力做功轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能實(shí)驗(yàn)裝置 圖8 勢(shì)能增加

6 結(jié)語(yǔ)

在課堂教學(xué)中，如“電勢(shì)能與電勢(shì)”、“帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)”這些章節(jié)，運(yùn)用靜電力演示儀，能夠很好地展示靜電力的性質(zhì)以及靜電力做功轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)結(jié)論清晰，能夠較好地完成教學(xué)目標(biāo).使學(xué)生在課堂教學(xué)中對(duì)電場(chǎng)力、電勢(shì)和電勢(shì)能有更加深刻的認(rèn)識(shí).

2015-09-14)