转换思维 巧妙检验导体和绝缘体

黄仕明

摘 要：在整个电学教学过程中，导体和绝缘体是学生建立电路概念的起点，也是安全用电的基础.教材中用干电池和小灯泡组成的简单电路来检测导体和绝缘体，该装置无法检验电阻稍大一些的导体，将普通的小灯泡改成发光二极管之后还是不能检验人体、潮湿的木棒和高温的玻璃等电阻较大的导体.利用扩音器将微弱的电流放大，再将电信号转换成可以直接感受到的声音信号，效果直观，可以有效突破导体和绝缘体的教学困境.

关键词：导体和绝缘体；音频线；扩音器；MP3

物理是一门以观察和实验为基础的入门课程，旨在引导学生通过观察和实验对自然界中的现象进行分析、综合、概括，从而建立物理概念和规律[1].电流看不见摸不着，如何将其展现出来成为电学实验的重点.在整个电学教学过程中，导体和绝缘体的演示实验是学生建立电路概念的起点，也是安全用电的基础.教材中用干电池和小灯泡组成的简单电路来检测导体和绝缘体，该装置可以用来检验导电能力较强的导体，但是无法检测电阻稍大一些的导体，如：人体、潮湿木棒、盐溶液等.在干燥环境中，人体的电阻为2000Ω左右，用普通的3V干电池供电时通过人体的电流约为1mA，小灯泡无法发光，一些改进实验采用工作电流为10mA的发光二极管来代替小灯泡，效果还是不理想，无法检测人体等电阻较大的导体.导体和绝缘体之间没有绝对的界限，外界条件改变后绝缘体也可能变为导体，如：高温下的玻璃，潮湿的木棒，老化的塑料等.这些导体的电阻更大，在安全电压范围内，普通仪器很难检测出如此微小的电流.因此，改进导体和绝缘体的检测装置很有意义，也很有难度.

功放俗称“扩音器”是音响系统中最基本的设备，它可以把来自音源的微弱电信号进行放大，再驱动扬声器发出声音.而且扩音器的放大倍数可以调节，即使电流很微弱，也可以检测出来，还能把看不见的电信号转化为可以直接感知的声音信号.

MP3是一种便携式的音频播放器，其音频源输出的电信號很微弱，输出电压约为1V，输出电流约为10mA.MP3输出微弱电信号可以通过音频数据线连接到扩音器上， 这个微弱的电流经过扩音器的等比例放大后进一步转化成不同响度的声音.

若将音频线剥开，剪断其中一根电缆并引出两个接头，则可制成一个很好的电路检测装置.详见图2.

利用扩音器本身的放大电路来检测微弱的电流，效果很好，而且该实验装置通过声音的大小来反映电流的强弱，便于比较电阻的大小.

实验一：打开扩音器，播放MP3中的音乐，当两个接线头断开时听不到声音，两接线头接触时音乐正常播放.请一个学生两手分别握在两个接线头上，可以听到音乐继续播放，但声音略偏小，松手后音乐停止，本实验直观地说明人体是导体.再请两个学生分别握住一个接线头，当他们手拉手时能清晰地听到音乐继续播放，松手后音乐停止，这个实验说明人体是可以导电的，其他人触电后不能直接用手去拉.

实验二：打开扩音器，播放MP3中的音乐，当两个接线头断开时听不到声音，两接线头接触时音乐正常播放.将一小段玻璃管夹在两个接头上，此时听不到音乐声，说明常温下玻璃是绝缘体；

用酒精灯加热玻璃管，可以看到玻璃管逐渐变红，同时听到音乐声音慢慢变大，停止加热，在玻璃管冷却过程中可听到音乐声逐渐变小.该实验清晰地说明温

度升高以后玻璃也会从绝缘体变成导体，导体和绝缘体之间没有明显的界限.

该装置还可以用来检测干燥木棒和潮湿木棒的导电能力，效果都很明显.本装置利用扩音器中原有的放大装置，巧妙地把微弱的电信号检测出来，并转化为声音信号，装置灵敏度高，效果直观明显，可以有效突破导体和绝缘体教学中的实验难点，而且该装置简单易得，便于制作和推广.

参考文献：

[1] 谢从豪.怎样做好演示实验[J].中学物理（初中版），1998，02.