师:同学们好,到时候好,同学们好。那么每个小组有以下的器材,大家试着用这些器材能不能实现一个静电现象,并解释它的原因?现在小组合作开始实验。
(学生进行实验操作)
师:大家来采访一下,把你们的现象给大家展示一下。
生:我的现象是用这个毛皮擦这个蓝色吸管之后,然后靠近这个黄色吸管,看见这个黄色吸管会转动。
师:哇,原因是什么呢?
生:原来是它们带有同种电荷,相互排斥。
师:很好。有不一样的现象吗?其他同学有没有不一样的现象?
生:好像没有。
师:有用验电器做实验的吗?有用易拉罐做实验的吗?来继续讨论。
生:易拉罐的。易拉罐,哈哈。
师:提示是用课件上展示的这些器材。
(学生继续讨论实验)
师:来采访一下用验电器做实验的同学,是吧?那么我们看到这个金属箔有一定的张角,对不对啊?这是怎么回事?
生:对吧?而且刚才是通过接触让它带上电的。
师:很好,那用易拉罐做实验的同学。
生:要让它滚起来。
师:那给大家展示一下哦,接触了吗?
生:没有。
师:没有接触,那怎么来解释这个现象呢?
生:易拉罐是个金属体,没有接触,只是靠近了,发生了感应。
师:OK,感应起电,是吧?好了,大家按照学案,在学案上落实一下。我们刚刚通过不同的实验,实际上复习了三种起电方式。把它在学案上落实一下。
师:那么刚才我们通过实验观察到这些物体,这些带电体它的运动状态是不是都改变了?抬头,运动状态改变了,说明什么?
生:有力。
师:很好,而这种力就是这个物体带上了电荷,电荷之间产生的一种力。那我们把它叫做静电力或者是库仑力。那再考考大家,我这有个静电棒,里面有一个范德格拉夫起电机,简称范氏起电机,现在我一通电,那么范氏起电机工作这里就带上了电荷,我这有个金属丝带,怎么解释这种现象?小组讨论。
(学生小组讨论)
师:好了,接下来先来说说咋回事?金属丝带怎么就支棱起来了?不像这个。
生:带电磁带之间产生的静电力。
师:而这种静电力的效果是什么呢?
生:支棱起来了。
师:但是大家观察它支棱起来以后,它想往下掉,是吧?那我这个静电棒在下面给他施加了静电力,就抵消了它的重力,它就可以悬在空中了吧。后来我的手一碰,它怎么了?
生:支棱不起来了。
师:为什么?
生:我是导体,一导电,就没有静电了。
师:所以说刚才我在考大家,就是静电力,也就是电荷之间产生了静电力,是吧?没有电荷那就没有静电力了。那么大家想想,不管是你们做的实验还是我做的实验,这个静电力和什么因素有关系呢?落实一下。刚才我们的带电体都比较复杂,那么这些复杂的带电体,它们之间的静电力和什么因素有关系呢?
生:比如说大小、形状。
师:还有吗?
生:距离、带电量。
师:是吧?还有什么?
生:分布。
师:是不是很好?都说出来了。那么我们要想研究静电力这些影响因素太复杂了,那么物理学中抬头看一下,我们经常把复杂的事情变简单,这就是一种简化的思想。那咱们先研究最简单的带电球体之间的这种静电力的作用,那这样一简化,刚才那么多复杂的影响因素好像只剩下什么了?
生:球体、均匀。
师:好像只剩下什么了?
生:带电量、距离。
师:距离用r来描述,带电量用q表示,好像和其他因素没有关系,而且你猜这个影响因素对静电力是怎么影响的呢?
生:正相关,带电量越多这个力就越大。
师:那距离呢?
生:负相关,距离越小,力越大。
师:好,那大家想一想,那我们找到了带电球体,比如说这里就是一个很轻的铝箔球,那这个带电球体和旁边这个大的带电球体,我们研究它们之间的作用,那我得给它们充上电,对吧?那么咱们是充个同种电荷好研究还是异种电荷好研究呢?
生:同种。
师:那要是充异种电荷会出现什么问题?
生:会吸引到一起。
师:正负电就怎么了?
生:中和。
师:对,那这样对我们这个研究造成了很大的影响,那我们就给它充同种电荷,研究它们之间的这种静电力,而这种静电力的效果其实就是一种排斥的效果,对吧?如果我让这个球和这个小球它的高度一样的话,这个时候排斥的力它的方向就是水平的,那咱做实验的时候得注意这一点,是吧?当然了,方向水平,那么这个小球它特轻,容易受到外界各种力的影响,咱要是想把这些摩擦阻力给它忽略掉,那我们就采用一种方式把这个小球吊起来,是吧?那你现在对它受力分析,它受什么力?
生:重力、弹力。
师:还有呢?
生:外界的静电力。
师:对,重力、弹力,还有外界的静电力,是吧?这应该是一个三个共点力的平衡问题,对吧?那现在咱们怎么解决这个问题呢?研究三力平衡,一个非常简单的方法,我把这俩力合成,它一定和第三个力等大反向,所以说这个蓝的力其实就是MG了,大小就是MG。那你告诉我这个f静电力的大小是什么?结合三角形快算能看见的θ,其中这个θ就是悬线和竖直方向的夹角,对吧?好,那这个静电力小,也不好测。但是我们研究静电力它的两个因素可以转换成研究谁这两个因素对谁的影响呢?
生:角度。
师:tanθ,或者说是θ的大小,对吧?所以我们通过这种转换的思想,那么我们就研究这两个因素在实验中是怎么影响θ的,就可以得到一个定性的描述,这就是物理学中经常用的转换法,这个力不好测就换呗,是吧?那么现在还有多个因素,咱们还得用什么方法?
生:控制变量法。
师:唉,很好,控制变量的方法,所以我们的实验思路就是控制q研究r对力的影响,当然实验中我们看的是什么呢?
生:角度。
师:那么在控制r研究q对它的影响,而且我们也要看看什么?
生:看角度。
师:那么现在这个问题就简单了,我要对这个球体充上电,这是一个微电机。嗯,好,它是正常的,我现在让它给这个球充电,大家一会做的时候也注意这个电还是挺疼的,要注意安全。来靠近圆盘转起来以后这两个金属端有等量的异种电荷,充了不少电了,再怎么办?
生:靠近小球。
师:出现什么现象了?
生:贴得很近。
师:好像没有什么影响。那你期待它可能会有什么影响?
生:它是个轻小物体,可能一开始会吸一下。
师:吸一下一碰就会怎么样?
生:弹开。
师:会弹开,为什么会弹开?
生:带同种电荷。
师:所以大家从理论上分析得很好,它会偏转一个角度,是吧?那为什么刚才没有出现咱们期待的现象呢?
生:湿度,估计。
师:湿度有点大,因为今天下雨了,对吧?这济南两个月没下雨了,一学电学就下雨,这装置成求雨神器了,湿度有点大是不是啊?那么当然也可能和这个起电机给它的电量多少也有关系,是吧?失败不要紧,我们可以再去多次实验,没有一次实验就能够成功的。那么我换这个半式起电机,是吧?来,哈哈哈哈。
