這是關(guān)于高中物理教材電場部分一個演示實驗的改進方案,可以解決學(xué)生的誤解。

“法拉第圓筒實驗”的改進

法拉第圓筒是一個開口的銅桶。應(yīng)用于法拉第圓筒實驗，測量束團電荷量和抑制中子發(fā)生器中的二次電子等。

“處于靜電平衡狀態(tài)的帶電導(dǎo)體，其凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面”這一結(jié)論，在高中階段是用“法拉第圓筒實驗”加以說明的。通過該實驗的演示，學(xué)生能夠清楚地看到用移電導(dǎo)體球從圓筒的外表面把電荷移到了驗電器上（可以明顯看到驗電器的金屬箔片張開較大的角度），而從圓筒的內(nèi)表面卻無論如何也不能移出電荷（經(jīng)過很多次實驗，移電球也不能使驗電器的箔片張開哪怕很小的角度）。因此，學(xué)生對此結(jié)論不會產(chǎn)生任何懷疑。但是，由此也造成了學(xué)生理解的局限性。例如，對下面一類習(xí)題往往產(chǎn)生誤解：“如圖，帶正電的金屬球殼內(nèi)表面通過兩條導(dǎo)線分別與驗電器A、B相連（驗電器原來不帶電），則關(guān)于驗電器箔片的說

法中正確的是：（A）都張開；（B）都不張開；（C）A張開；（D）B張開，A不張開。”此題學(xué)生往往容易錯選B。他們的

邏輯是：“既然空腔導(dǎo)體內(nèi)表面不帶電，

則也不會有電荷通過導(dǎo)線傳到驗電器上，因此驗電器的箔片不會張開。”無疑，

這種說法是錯誤的。但是，只通過講解使學(xué)生真正理解是相當困難的。為了解決這個難題，筆者對“法拉第圓筒實驗”做了一些小小的改進，在原來移電球的基礎(chǔ)上又增加了一長一短兩個移電棒（一個帶有絕緣柄的金屬導(dǎo)體棒），要求長移電棒的長度必須保證其與圓筒內(nèi)壁接觸時有一段探露在圓筒外（一般是絕緣手柄一端露出圓筒外，這一點是實驗成功的關(guān)鍵！但對具體長度沒有要求，為了提高實驗的可見度，可適當增大圓筒的大小和導(dǎo)體棒的長度），短移電棒的長度則必須保證其前端與圓筒內(nèi)壁接觸時另一端也在圓筒內(nèi)。演示時可以看到這樣的實驗現(xiàn)象：當用移電球從圓筒內(nèi)表面取電荷時，驗電器箔片不張開；而當用長移電棒取電荷時，箔片會張開很大的角度。這種強烈的對比必然會引起學(xué)生的注意和深思，此時再用短移電棒從圓筒內(nèi)表面取電荷再與驗電器接觸，發(fā)現(xiàn)驗電器的箔片也不張開，然后進行如下解釋：處于靜電平衡狀態(tài)的帶電導(dǎo)體，由于同種電荷之間的斥力作用，都會被排斥到導(dǎo)體的最遠端，表現(xiàn)在只分布在導(dǎo)體的外表面，當移電球與圓筒內(nèi)壁接觸時，移電球與圓筒就形成了一個導(dǎo)體，由于移電球處在圓筒內(nèi)部，在其上沒有電荷分布。而當移電棒與圓筒內(nèi)壁接觸時，由于移電棒有一端伸出圓筒外，伸出圓筒外的這端自然變成了最遠端，因此移電棒就帶上了大量的電荷。此時再演示用短移電棒從圓筒內(nèi)取電荷，就會發(fā)現(xiàn)仍然不能使驗電器的金屬箔片張開。這種實驗現(xiàn)象會使學(xué)生的思維受到強烈的震撼，再加以適當?shù)闹v解，問題自然就會迎刃而解了。