多功能静电实验箱的制作与使用效果分析

霍金胜

1 问题的提出

1.1 静电学实验不成功的原因分析

中学物理教学中，静电学的实验是一个不易做成功的实验。有时教师在实验室进行实际操作时，效果很好，可是到了教室做实验时，却失败了。这是因为静电学实验要求在空气比较干燥的环境中进行，空气相对湿度较高，在静电学仪器绝缘体上就会形成一层水膜，这层水膜会把仪器所带的电荷导走，导致静电学实验失败。

教室里有很多学生，每个学生在呼吸时都会呼出水汽，因此，教室是一个空气湿度相对比较高的场所。在教室进行静电学实验，成功率很低。

1.2 静电实验加热烘箱

为了做好实验，就要降低实验环境的相对湿度。在绝对湿度不变时，相对湿度与空气的温度有关。如果给箱子加热，里面的空气绝对湿度是不变的，查空气饱合气压表，温度每升高10℃，空气的饱合气压近似升高到原来的两倍。如果原来温度下空气相对湿度是100%，温度升高10℃，那么空气相对湿度近似降为原来的一半。

根据此原理，笔者设计了静电实验加热烘箱。在一个箱子中，安装远红外加热器，实验前把教学仪器放入烘箱内升高其温度，在教室做实验时再取出，这就解决了静电学实验中空气湿度相对大的问题。但此方法也存在着缺点，当实验仪器从静电实验加热烘箱中取出后，温度就会降低，大约经过10 min，温度就降低到加热前温度。因此，通过加热仪器的方法，可以进行实验操作的时间较短，如果需要长时间做实验，又得重新加热，给实验操作带来不便。

2 功能静电实验箱

为了解决静电加热烘箱的不足，笔者设计了多功能静电实验箱。该实验箱的特点是：在实验箱后面有一个教师操作窗口，教师可以通过该窗口方便地在箱子中做静电实验。实验箱中安装有大功率白炽灯，实验时可持续加热。

实验箱由箱体、加热器、学生观察窗口、电路及开关、自动控温开关等组成，如图l所示。

3 多功能静电实验箱制作

3.1 箱体

箱体大小要求能完成一般静电学实验，设计的箱体高为500 mm，长为700 mill，宽为400 mm。

箱体连接处用从建材市场购买的货架连接条。箱体面板用三合板，或者用薄铁皮制做。要求箱体有一定的强度，但比较轻便。

3.2 学生观察窗口

在箱体的前面是学生观察窗口，用有机玻璃或者透明的厚塑料制作。

3.3 教师操作窗口

教师操作窗口在箱体后面，要求能阻挡空气的流动，又便于教师把手伸进箱体中进行实验。窗口用5cm左右宽的布条，相互重叠1cm，布条上端固定在箱体上边缘，布条下端能自由活动。经过对比，用较厚的绒布做效果较好，既有一定的重量，又较柔软，方便活动。

3.4 加热照明灯

在箱体的顶部，安装一个遮光板，遮光板长度与箱体长度相同，两边弯曲10 cm左右，要求遮光板能把灯泡发出的光挡在板内，避免光线射出影响观察效果。遮光板要用反光效果好的镀锌铁皮制作，能较好地反射灯泡发出的光与红外线。遮光板上等距安装两个200 W的灯泡，作为照明。

3.5 温控器的安装

加热灯一个直接接在电源上，另一个通过温控器控制。温控器使用市售的控制范围为O～50℃的简易温控器。将温控器安装在箱体的侧面，使用时将温度调节到比环境温度高10℃左右即可。实验时接上电源，两个灯泡立即发光，经过4 min后，箱内温度上升5℃，即可以开始做实验。大约经过10 min后，箱内温度可以上升10℃，此时温控器开始工作，关掉其中一盏灯，另一盏灯继续加热，可以将温度控制在比环境温度高10℃的范围内。

3.6 方便携带的把手

在箱体顶部安装把手，同时在下面用木条加固。

3.7 教师观察窗口

在箱体上方留一个教师观察窗口，便于教师在实验时进行观察。窗口长度与遮光板长度相同，宽15 cm左右，用透明有机玻璃制作。

4 实验箱优点

4.1 加热时间短

本仪器两个加热灯同时工作时，4 min就可以使温度升高5℃，即可做实验，10min可以使温度升高10℃。

4.2 加热与实验能同时进行

由于有教师操作窗口和观察窗口，教师可以方便地把手伸进箱中做实验，加热过程与实验过程能够同时进行。

4.3 观察效果好

由于箱中有照明装置，实验环境比较明亮，学生观察实验比较方便。

4.4 便于携带仪器

由于仪器装有便于携带的把手，在做静电学实验前，教师将实验中需要使用的各种仪器放人箱中，此时可以把该箱变成一个携带仪器的箱子。

5 总结

该仪器能在加热的同时进行实验操作，由自动温控器控制温度，便于学生观察实验，同时又方便教师携带静电学仪器，给教师做好静电学实验带来了极大的方便。该仪器是一个成本低，使用方便、使用效果好的实验教学辅助仪器。