電磁學部分創新實驗的設計與應用
第一部分
電場的實驗改進與設計
一、 電場中的導體演示實驗的三種改進設計
1、 關於空腔導體電荷分布的演示
空腔導體處於靜電平衡時，電荷只分布在導體的外表面。但用法拉弟圓筒演示這一現象往往不易成功。其原因除了絕緣不漏電外，還由於圓筒半徑以及取電球半徑很小，容納的電荷較少，它們帶電時電勢較高，容易放電。
所以很難通過驗電器演示出來。經過多次教學實踐證明，用金屬網罩演示這一現象可取得滿意的效果，河南師大物理系平玉惠老師介紹其方法是：先將金屬網罩（我們用的是直徑約 0.
2公釐的鐵絲編制的，孔的面積約4平方厘公尺，網罩的高度約 18厘公尺）內外壁分別貼上薄而質軟的紙條粘一圓片，然後將其放在帶有絕緣支座的金屬圓盤上。
"用有機玻璃板（我們用的有機玻璃板寬 10厘公尺，厚約3公釐，長約 15厘公尺）摩擦，將摩擦後的有機玻璃板和金屬網罩接觸並來回滑動（使較多的電荷轉移到網罩上），重複幾次，即可看到外壁上的紙條迅速張開很大的角度（可達 30°以上）而內壁的紙
條卻安然不動。這一事實說明當金屬網罩（可看作空腔導體）帶電時內壁沒有電荷，僅外壁帶電，因而將紙條排斥開來（因紙條和外壁接觸帶同種電荷。）用手指接觸金屬網罩，即可看到因網罩失去電荷，外桌布，而內壁紙條仍無任何變化。
2、 關於空腔導體對腔內物體遮蔽作用的演示
將驗電器放置在帶有絕緣支座的金屬圓盤上，然後用與絲綢摩擦過的有機玻璃板靠近驗電器的金屬小球，即可看到驗電器因受帶電有機玻璃板產生的電場作用，使驗電器的箔葉張開，移去有機玻璃板，將金屬網罩罩在驗電器上，再用和絲綢摩擦過的有機玻璃板隔著網罩靠近驗電器的金屬小球，這時會看到驗電器的箔葉安然不動，這就說明網罩內空間的電場強度為零；腔內的驗電器得到了遮蔽。
3、關於空腔導體對腔內帶電體遮蔽作用的演示
將和絲綢摩擦過的有機玻璃板靠近驗電器的金屬球，其箔片張開（如圖 ），說明有機玻璃板在未遮蔽前產生的電場對驗電器的作用。
使帶電的有機玻璃保持在驗電器上方不動，用另乙隻手拿著金屬網罩（手拿網罩，相當於將金屬網罩外壁接地）罩在有機玻璃板上（注意不要和有機玻璃板接觸），此時，即可看到原來張開的箔葉回到原來的位置如圖所示。這就說明了接地金屬空腔遮蔽了腔內的帶電體。另外也可以用小型的半導體收音機代替驗電器說明導體空腔對腔內物體的遮蔽作用，效果也很好。
做法是先將半導體收音機開啟，選擇乙個電台（注意音量不要太大，教室內的同學能聽到即可），然後一手拿著半導體收音機，一手拿著金屬網罩將收音機放入網罩內（貼近金屬絲）然後再將收音機取出，可以明顯地覺察到旋入網罩後聲音減弱，這就說明金屬網罩對電磁波的電場作了遮蔽，並結合這一現象說明了為什麼在火車車廂裡收音機音量較小或收台較少的原因，這樣把實驗結果和生活中遇到的現象結合起來，學生更感興趣。
二、靜電演示實驗
在面積大約 0.5m2的塑料泡沫板上面附一層塑料薄膜，用絲綢或毛皮摩擦板麵，使之起電，將起電後的塑料泡沫板置於兩驗電羽之上。 （如下圖），使驗電羽接觸電，由於這時兩驗電羽帶上了相同的電荷，它們之間就會有斥力產生，從而驗證同性電荷相斥的性質。
用類似的方法，使兩個驗
電羽分別帶上異種電荷，即可觀察到驗電羽相吸的現象。
驗電羽的製作方法：底座用水泥塊，塑料筷子做支架，支架上支撐乙個小泥球，把蠟紙剪成細條均勻的貼在小球周圍。由於蠟紙條比廠制驗電羽的細線更輕，因此效果十分明顯，且成功率極高。
三、庫侖實驗的設計與改進
庫侖實驗是電磁學中著名實驗之一。該實驗的結論———庫侖定律的發現是電磁學發展史上非常重要的一步。現行高中物理教材（新課標選修人教版3-1）庫侖定律和庫侖實驗都做了詳細的介紹。
為了搞好該定律和該實驗的教學，我們物理教師必須從多方面加深對庫侖實驗的理解。湖南隆回二中洪福老師作了如下分析。
1、對「相同的金屬小球」含義的理解
雖然庫侖實驗與卡文迪許測萬有引力恒量的實驗非常相似，但庫侖卻在其實驗中巧妙地解決了當時還沒有電量概念的電量問題。即把乙個帶電量 q的金屬小球與乙個相同的不帶電的金屬小球相碰後，則每個小球各帶相同的電量。用同樣方法可獲得 0.
5q 、0.25q、0.125q……等一系列數值不同的電量。
筆者認為這裡所指的「相同的金屬小球」有兩個含義：一是指兩個小球的材料相同；二是指兩個小球的大小相同。
2、對庫侖實驗獲取不同電量的理解
庫侖做其實驗時還沒有電量的概念，更沒有電勢（電位）的概念。為什麼乙個帶電量為 q的金屬小球與乙個相同的不帶電的金屬小球相碰後，二者帶電量相等且各為 0.5q呢？
這是因為兩個小球相碰時構成乙個電勢相等的整體（等勢體）。由電磁學可知：只要大小相同的兩孤立金屬球等勢，則二者帶電量相等，由電荷守恆定律可得出兩個小球相碰後帶電量都為相同值 。
庫侖實驗中其它電量的獲取也是同樣的道理。當然從對稱性方面更易理解。
3、對庫侖實驗為什麼要選用同材料金屬小球的理解
物理學家伏特曾經預言：如果把兩種不同的金屬連線起來，則它們內部的電平衡將被破壞，電荷就要運動。某一定量的電荷就會從一種金屬轉移到另一種金屬，使一種金屬帶正電，另一種金屬帶負電。
伏特的這種預言很快通過他自己的實驗得到證實。並發現了所謂「接觸電位差」；這就是說，兩種不同的金屬直接接觸，它們之間具有電位差，因而使電荷發生移動。可以想象：
如果乙個帶電金屬球與另乙個材料不同的不帶電的金屬球相碰，這種「接觸電位差」對電荷的分配一定會有所影響，兩球相碰後各自所帶的電量就不會是孤立的 ，電量的分配將變得很複雜。所以，庫侖實驗所用的金屬球要選用同種材料做成。
四、用肥皂泡表演的兩個靜電實驗
演示實驗很重要的原則是它的科學性和直觀性；如果再有濃厚的趣味性，就能使你的演示收到更好的效果。靜電實驗中，吸引、排斥和偏轉的實驗多用通草球、紙片等輕小的物體，這些實驗，簡易方便。但在大教室裡有些現象看不清。
如果用絢爛多彩的大肥皂泡作這些實驗，將會給同學留下難忘的回憶。遼寧師院張景泉、崔長喜老師作了如下具體介紹：
1、靜電排斥實驗（靜電托球）
在圖中， 有打氣囊、膠管、玻璃管、金屬管套，放在鑿下方的耘是有絕緣柄的金屬「球拍」，球拍直徑約 18厘公尺。 鑿 、 耘與高壓電源一端相連。電源可用感應起電機或范得格拉夫起電機，實驗所用肥皂水用普通洗衣粉溶液即可。
實驗時，首先用毛筆蘸適量肥皂
水抹在鑿管的管口（注意不要有多餘
的液滴），然後用打氣囊緩慢均勻打氣，則在管口將出現乙個逐漸膨脹的肥皂泡，當肥皂泡上出現五彩繽紛的色彩時，表明肥皂泡已經很薄，這時搖動起電機，使金屬球拍耘和肥皂泡同時帶電，且用氣囊給肥皂泡突然充氣，氣流衝擊帶電肥皂泡，使之脫離管口，則形成乙個不下落的帶電的自由的肥皂泡———乙個大而輕的帶電體。肥皂泡受重力和浮力而下落，當肥皂泡逐漸接近金屬球拍耘時，因帶同號電荷而受排斥，在一定位置上，肥皂泡受重力、浮力和靜電斥力而平衡。這時，手拿球拍就可把肥皂泡托起，使之在空中漫延，肥皂泡將隨球拍的公升降而浮沉。
在空間存留的時間可長達一二分鐘。
2、 靜電偏轉實驗
示波管中電子的偏轉是借助螢光屏顯示路徑的，但看不到電子的軌跡。我們稍微改變上面的裝置，即可觀察帶電體在電場中的偏轉。在上面實驗中管口閱和球拍耘是接在同一電極上，因而可表演排斥現象。
在本實驗中， 閱和耘分別接在兩個電極上，如圖圓所示。實驗時，先吹好口徑四五厘公尺的肥皂泡後，搖動起電機使閱 、 耘帶異號電荷，再用打氣囊突然充氣，使肥皂泡脫離管口，則可見乙個帶電的大肥皂泡落下並沿曲線趨向帶異號電的球拍。從而顯示乙個自由落下
的帶電體受水平方向靜電力而偏轉的運動。
3、效果極佳的靜電除塵實驗
四川納溪中學袁修業老師的設計如附圖所示，（ 1）是廣口瓶；（2）是帶圓孔的橡膠活塞（可在化學實驗室中找）；
（ 3 ）是兩根直徑較大（如緣公釐）的銅導線 ，從活塞圓孔中插入並固定緊，不要鬆動，去掉導線兩端的絕緣膠皮；（4 ）是兩塊面積稍大的金屬板（可用物理實驗室中的接線插片），分別焊接在兩根銅導線上。兩塊金屬板面對面互相平行，相距約 3 厘公尺。
步驟：（1）點燃一支香菸，猛吸幾口，開啟活塞，把煙霧噴到瓶中，然後立即蓋上活塞。這時可見瓶中充滿了濃濃的白煙。
（2）將 a、 b兩端分別用導線與感應起電機（或感應圈）的正負極相接，然後隨即啟動起電機（或接通感應圈），即可看到瓶中原有的白煙立刻消失得無影無蹤。
原理:起電機啟動（或接通感應圈）後，金屬板間的電壓高達幾萬伏，使白煙被電離，正離子跑到負極上，負離子跑到正極上，白煙就消失了。
優點:本文所述的方法具有取材容易，簡單易行，操作方便，現象直觀、生動的優點。通過這個演示實驗，使學生對靜電的應用產了感性認識，加深了對課本知識的理解，提高了學生的學習興趣，使課堂氣氛變得更加活躍。
五 、高靈敏驗電器
傳統的演示起電實驗，有不足之處，需要改進。遼寧省裡山縣大虎山鎮初中何長江、黃靜娟老師介紹做法是：利用八個廉價易取得無線電元件。裝置，再配合演示電表來演示本實驗。
它具有以下特點： v能檢測出物體所
帶極弱電荷。兩個不同物體只要輕輕摩擦，便能使電表指標有較大偏轉角度。 "能檢測出物體所帶電荷性質。根據表針偏轉方向，來確定電荷種類。
能檢測出相互摩擦過的兩個不同物體，分別帶有不同性質電荷。
以上幾點都是用傳統驗電器所做不到的。另外，利用指標顯示，增大了可見度，提高了教學效果。
原理： 壓控元件與電阻、二極體組成電橋， w用來調電橋平衡，使 a、 b兩點電位相等。使用時將電流錶接於 a 、 b兩點，調節使指標指零。
當天線醞接觸帶正電物體時， 漏源極間電阻減小，使 a點電位公升高， 電流錶表指標正偏，表示物體帶正電荷，反之為負電荷。本裝置只要安裝無誤，無需調整，便可使用。
六、演示帶電體性質實驗的改進
現行初中或高中物理課本中都提到：「帶了電的物體能夠吸引輕小的物體。」驗證這個性質的傳統做法就是用毛皮摩擦過的橡膠棒或用綢子摩擦過的玻璃棒去吸引小紙屑。
這種演示方法雖簡單，但受季節及天氣的影響，效果不理想，可見度小，並只限於紙屑，至於別的輕小物體能否被吸引？這種演示方法說明不了。吉林省舒蘭市一中黃璽琨老師對這個實驗進行了改進。
材料易取，演示效果明顯，可見度大。
實驗器材
（ 1 ）把密紋唱片剪成扇形並安上絕緣把，如圖 。
（2 ）把薄銅片、薄鋁片、薄木片、薄塑料片、硬紙片剪成長條，中間寬 ，兩頭窄、圓成指南針形的五個片，並在其
正中間固定乙個按扣（放在支柱上可自由轉動），如圖 。
把一塊長約40cm，寬約20cm， 厚2cm的木板做絕緣底座，在其上固定五根排列均勻的竹筷，在每根竹筷上端插入一段大頭針，如圖 。
演示方法
先把圖中的五個片分別放在圖猿中竹筷上端的大頭針尖上；再用白泡沫磚塊摩擦圖員中的密紋唱片，使其帶電，手持絕緣把分別靠近銅片、鋁片……，各片都發生了轉動，說明了：「帶電的物體能夠吸引輕小的物體」。
七、電場中等勢線的描繪實驗的改進
高中物理的學生分組實驗《電場中等勢線的描繪》，河北承德師專物理系郭建中老師介紹可用如下方法：如圖所示，在桌面上自而下上依次鋪上白紙、複寫紙、薄塑料布，再把一張吸水性較強的紙（書法所用宣紙為最好）用水濕潤透鋪在塑料布上，然後把兩個圖釘按在濕紙上作兩個電極，圖釘間要留適當距離，把兩個圖釘接上15v左右直流電壓。
1-圖釘 2-濕紙 3-塑料布 4-複寫紙 5-白紙
從靈敏電流錶的兩個接線柱上引出兩個探針，針尖不要太尖（可用萬用表的錶筆）。先將乙個探針固定在兩極的中點，另一探針在濕紙上輕輕移動尋找粵點的等勢點（電流錶讀數為零），找到後將探針用力一按，在複寫紙下面的白紙上就可描出一等勢點。連續不斷地找下去就描出一系列等勢點，把這些等勢點鏈結即為等勢線。
再將探針分別固定在兩極間的不同各點，類似以上方法即可描繪出若干條等勢線。此種方法取材容易，操作簡便，效果良好，很適合在中學作為學生分組實驗。
高中物理知識點總結 電場 磁場
一.教學內容 電場 磁場 二.具體過程 一 電場的性質 1.電場力的性質 1 庫侖定律的應用 真空中兩點電荷間庫侖力的大小由公式計算，方向由同種電荷相斥，異種電荷相吸判斷。在介質中，公式為 兩個帶電體間的庫侖力 均勻分布的絕緣帶電球體間的庫侖力仍用公式 style height 30pt 計算，公式...
高中物理技巧選擇題電場磁場等
高中物理技巧一 選擇題的解題方法 1.結論法 直接應用推導出的公式或結論解題的方法。例1 平拋運動可以分解為豎直方向和水平方向的兩個直線運動，在同一座標系中作出這兩個運動的圖線，如圖1所示.若平拋運動的時間大於，下列說法中正確的是 a.圖線2表示豎直分運動的圖線 b.時刻的速度方向與初速度方向夾角為...
高中化學實驗教學的創新性研究
化學是一門基礎性學科，化學實驗對於提高學生的實踐能力 鞏固所學知識以及培養學生學習興趣，都有著至關重要的影響和作用。但目前在我國高中化學實驗教學中由於實驗裝置落後 管理方式落後以及化學實驗教學模式不恰當等原因，使得化學實驗教學沒有充分發揮其作用。為了改變這一局面，充分發揮實驗教學在提高學生綜合素質 ...