2015年高考浙江理综卷第16题与静电力演示仪

鲁 斌

(浙江省余姚中学 浙江 宁波 315400)



考试与评价研究

2015年高考浙江理综卷第16题与静电力演示仪

鲁 斌

(浙江省余姚中学 浙江 宁波 315400)

2015年高考浙江理综卷第16题中提到的“静电力演示仪”，在课堂教学中运用的并不广泛，原因在于镀膜乒乓球制备的复杂性以及安全性.笔者在课堂教学中，应用简单的设备和材料，制作静电力演示仪，能够产生相同的实验现象，并对实验进行了改良和变式，获得了较好的教学效果.

静电力演示仪 2015年高考浙江理综卷 电场力做功

2015年的高考已经落下帷幕，浙江理综物理试题难度较往年有所下降，但试题风格稳定，力求创新，特别在考查学生的思考能力、分析能力、实验能力方面，有较好的侧重.

1 考题再现

2015年高考浙江理综卷第16题，考查了静电感应和静电力做功的相关知识.原题如下.

【题目】图1所示装置为静电力演示仪，两金属极板分别固定于绝缘支架上，且正对平行放置.工作时两板分别接高压直流电源的正负极，表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在金属极板中间，则

A.乒乓球的左侧感应出负电荷

B.乒乓球受到扰动后，会被吸在左极板上

C.乒乓球共受到电场力、重力和库仑力3个力的作用

D.用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞

图1 静电力演示仪

本试题的答案为选项D.由于静电感应，小球右侧感应出负电荷，小球左侧感应出正电荷，若给小球以扰动，那么小球就在静电力作用下运动.如果与右极板接触，小球右侧的负感应电荷被中和，随着电荷的持续移动，小球与右极板达到等电势，带相同电性的电荷，与右极板排斥，与左极板吸引，从而向左极板运动，并与其接触、中和、等势、排斥，如此小球将在两极板间来回碰撞.

2 实验仪器设计

在课堂教学中，笔者也运用此实验进行“电势与电势能”的教学.装置与其类似，将包着铝箔的乒乓球代替表面镀铝的乒乓球，用感应起电机代替高压直流电源，这样使本实验在前期准备和课堂演示时显得更加方便和安全.实验装置如图2所示.

在静电力的作用下，小球在两极板之间来回运动，如图3所示，一方面说明电场力的存在，一方面说明电场力可以做功，学生可以很直观地感受到这些物理概念.

图3 静电力演示仪实验图

3 实验改进设计

余姚中学物理组的沈老师，在此实验原理的基础上，将本实验装置进行改进.他将两块极板固定在绝缘的泡沫板上，将小球直接放在两板中间，省去了细线和铁架台，用感应起电机起电后，小球仍能够快速地来回运动.实验装置如图4所示.

图4 静电力演示仪二

4 类似实验装置

在温州科技馆，笔者也看到如图5所示的静电力演示装置.中间大球的极性与两边极板的极性相反.当加上直流电压之后，两个小球就会在静电力作用下在两极之间来回碰撞摆动.此装置与静电力演示仪一类似.

图5 温州科技馆静电力演示仪

笔者也曾看过这样的设计，如图6所示.在绝缘盒子两侧焊上铜片，与高压线圈两极相连.将一个乒乓球镀上铝膜，另一个不做任何处理.打开高压线圈，看到镀铝膜的乒乓球快速来回运动，另一个小球则不动.此实验增加了对比组，使实验现象更加明显.此装置与静电力演示仪二类似.

图6 静电力演示仪三

5 仪器的改装与实验

上述静电力演示仪，都可以演示在静电力作用下，物体来回运动，即完成电势能与动能之间的转化.那么静电力做功能否转化为重力势能呢？笔者又设计了如下实验装置，如图7所示.

将感应起电机的一极与极板相连，将包有铝箔的乒乓球用一细铜线悬挂，并连接到感应起电机的另一极.这样，当起电机开始起电，通过导线,小球和极板带上了异号电荷，产生库仑引力，小球会向极板方向偏斜，高度增加，重力势能增加，如图8所示.

图7 静电力做功转化为重力势能实验装置 图8 势能增加

6 结语

在课堂教学中，如“电势能与电势”、“带电粒子在电场中运动”这些章节，运用静电力演示仪，能够很好地展示静电力的性质以及静电力做功转化为其他形式能的过程.实验现象明显，实验结论清晰，能够较好地完成教学目标.使学生在课堂教学中对电场力、电势和电势能有更加深刻的认识.

2015-09-14)