绝缘玻璃高温变导体实验的简易装置

付喜锦

(陇东学院 电气工程学院，甘肃 庆阳 745000)

导体和绝缘体没有绝对界线，当条件改变时，绝缘体也能变成导体. 例如：日常生活中常用的干燥的木头是绝缘体，但潮湿的木头就变成了导体，又如：玻璃在通常情况是绝缘体，但如果将玻璃加热到红炽状态，就变成了导体. 用实验验证，前例方便容易，但对于后例则不易实现. 为此，设计了简单且操作方便的玻璃由绝缘体变导体的实验装置.

1 中学物理教科书中两种不同教学方法

1.1 2003人教版教科书

文献[1]采用如图1所示的装置进行演示实验, 该实验难度大，实验结果也不尽人意. 究其原因是多方面的：其一，电源待定；其二，带导线的玻璃珠不好找；另外，最关键的是学生要通过小灯泡的发光来得出到玻璃由绝缘体变成导体的结论，但灯泡发光需要大电流，对电源电压要求高.

图1 文献[1]中演示玻璃遇热导电的实验装置

1.2 教科书2013人教版

文献[2]先用演示实验“电荷在金属棒中的定向移动”给出有关导体和绝缘体的定义，其叙述为：“有的物体容易导电，叫做导体. 金属、人体、大地、石墨、食盐水溶液等都是导体. 有的物体不容易导电，叫做绝缘体. 橡胶、玻璃、塑料等都是绝缘体”. 这会给学生造成玻璃就是一成不变的绝缘材料的影响.

但文献[2]提到：“绝缘体对电流的阻碍作用大，导体对电流的阻碍作用小” . 而且 “探究影响导体电阻大小的因素” 实验步骤1～2设计的是 “电阻大小是否跟导线的长度、粗细有关”，实验步骤3设计的是“还可以检验其他的猜想：影响导体电阻大小的因素还可以有哪些？它们是怎样影响电阻的？设计实验，继续进行探究”. 基于此，教师们是否会引导学生提出将通常情况下的绝缘体玻璃在加热情况下变成导体的实验设想？并用这一设想继续研究得出导体和绝缘体没有绝对界线的结论呢？因为教材中没有这样的具体表述.

1.3 参考文献

文献[3]实验中仍用小灯泡(2.5V，0.3A)发光显示有无电流通过，实验不易成功，后改用投影灵敏电流计，加热用酒精灯，实验中没有给出电源规格. 文献[4]实验中用普通灯泡(15W，220V)发光，电源接交流市电，用酒精灯加热，玻璃体用日光灯芯. 文献[5]实验电路较简单，但玻璃体仍用日光灯芯，文中没有给出电源的规格. 上述文献中所用电源电压要求较高，不易操作.

2 玻璃由绝缘体变导体的简易实验装置

2.1 实验器材及实验装置制作

如图2所示，电源选择9V叠层电池或3.6V锂电池，玻璃体是报废保险管(断丝1,2,5A均可)，有无电流通过显示选用发光二极管，导线是普通导线和1根十几cm长的铜丝,电路板(也可用小木板代替),酒精灯(或蜡烛),火柴,万用表,烙铁(焊接用的工具).

(a)原理图 (b)实物图图2 玻璃由绝缘体变导体的简易实验装置

2.2 实验验证过程

先将连接好的电路用万用表检测会发现：玻璃管在加热之前万用表指针为零，说明这时电路中没有电流流过，玻璃管是绝缘体；在玻璃管加热少于1min万用表指针就有了摆动,说明电路中有了电流，这时被加热的玻璃管就成了导体.

接着换用不同形状的二极管、 电池(9V或3.6V)、火源(酒精灯或蜡烛)进行实验.

观察现象对比得出：电源电压是电路中的决定因素，但发光二极管的选用也是主要的因素，报废保险管作为实验玻璃体易找且好连接，也充当着电路中的开关，以上器材选择恰当,用蜡烛作加热源实验也能很快成功.

3 结束语

运用实验探究的科学方法设计并自制简易实验装置，对通常情况下绝缘的玻璃在高温下变成导体进行了实验验证，证实了绝缘体和导体之间没有绝对的界限. 其创新点在于实验设计选用电压要求低且单向导电的发光二极管是否发光作为判断是否有电流流过的标志，玻璃体利用报废的保险管，因此电源可选3～9V的电池，加热用蜡烛即可实验成功. 实验器材简便易找，现象直观.

[1] 人民教育出版社,课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心. 初中物理(第二册) [M]. 北京：人民教育出版社,2003:52.

[2] 人民教育出版社,课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心. 义务教育教科书·物理(九年级全一册)[M]. 北京;人民教育出版社,2013:34-35,64-65.

[3] 郑圣雪. 玻璃绝缘体变成导体演示实验的改进[J]. 教学仪器与实验,2004,20(9):22-23.

[4] 杨玉淮. 玻璃由绝缘体变成导体的实验探究[J]. 物理实验,2007,27(6): 33-34.

[5] 张勤昌. 绝缘体变导体小实验[EB/OL]. http://old.pep.com.cn/czwl/jszx/tbjx/tb9/tb8s6/sy6/201103/t20110304_1025475.htm,2011-03-04.