静电排斥实验失败原因分析与改进

姚 俊

(象山县西周中学 浙江 宁波 315700)

1 引言

静电排斥实验要想做成功很难，主要有两个原因：一是摩擦起电产生的电荷量不多，带电体间排斥力不强；应把这种弱电场力放大，使实验现象明显，便于观察研究.二是电荷流失速度很大，对实验有影响．本文拟介绍笔者在实验中遇到的问题以及对实验失败原因的分析，并提出了对实验改进的一些看法．

2 实验研究

2.1 主要器材与实验装置

器材：铁架台，装订用的棉线，空心锡球(化学实验室拿来的锡箔做的)，丝绸，玻璃棒.

实验装置如图1所示.

图1

2.2 实验现象

用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近小球，小球被玻璃棒吸住.拿开玻璃棒使之与小球脱离然后再靠近，细线偏离竖直方向较小角度，持续较短时间后再次与玻璃棒吸引.此后只能观察到吸引不再出现排斥现象．

2.3 原因分析

对上面现象进行分析：

“拿开玻璃棒使之与小球脱离然后再靠近，细线偏离竖直方向较小角度”说明玻璃棒与空心锡球接触后空心锡球带上电，有排斥现象发生.

“角度较小”有可能是锡球太重的缘故，也可能是摩擦产生电量太小，排斥力弱．

“此后基本上只能观察到吸引不再出现排斥现象”说明空心锡球上电荷流失速度很快．造成电荷流失的原因可能是细线绝缘性能不好，锡球上的电荷传递到铁架上；也可能是由于空气湿度大，电荷流失到空气中．

2.4 原因排除

通过上述分析发现电荷流失过快应是造成实验失败的主要原因，因此必须找出电荷流失的渠道：是细线还是空气？取一段与细棉线同样长度且绝缘性更好的胶线(笔者选的是钓鱼线)替换细棉线连接锡球，丝绸摩擦玻璃棒后接触锡球，锡球迅速弹开，来回摆动，用手指夹住胶线迫使小球静止，观察发现锡球偏移角度变大，且保持排斥状态的时间明显变长，由此确定细棉线绝缘性不好是电荷流失过快的主因．

实验有了初步成功，但现象依旧不理想：球接触玻璃棒后来回摆动不易静止，且静止后偏角过小不方便课堂演示学生观察．接触玻璃棒排斥开后，来回摆动不易停止，主要是由于锡球质量大、惯性大.因此还需找出一种更轻的材料制作小球．

2.5 实验改进

图2

经过反复思索,寻找材料，最后改进实验如下：从塑料捆扎绳中分出很细的一根作为连接小球的细线(钓鱼线由于硬度高、弹性大、不易直，最终放弃)，空心小球用包香烟锡纸去纸后的锡箔制成.

为了检测改进后的实验效果，选择实验室用的锡箔、包香烟的锡纸(不去纸)、包香烟的锡箔(锡纸剥掉纸层)三种材料分别做相同大小的空心金属球.在塑料捆绑绳上取一根细塑料丝，截成长度相同的3段连接小球，挂在铁架台上做对比试验．实验装置如图2.

为了方便对比分析，笔者用数码相机固定在选定位置进行全程拍摄，最后得到对比结果.

表1 三种空心金属球静电排斥实验对比

3 总结

通过实验发现，1号球张开的角度最小，3号球的张角最大.由此我们可以得到，连接绳与金属球的选择恰当与否是影响实验成败的关键．由于摩擦起电所产生的电量本身比较少，再加上电荷在空气中不可避免的流失，要想获得非常明显的实验现象首先要选择绝缘性能好的悬挂线，其次还需要尽可能的把金属球质量减小(使小球发生较大角度偏移同时减小惯性的影响)，体积适当的做大(方便观察、现象明显)．

物理实验容易受到很多因素的影响，这就要求我们在进行物理实验时要明察秋毫，不放过任何瑕疵，追根究底，找出原因并加以改进，提高自身的研究能力和动手能力．