可视化电磁屏蔽实验

毕 亮

(绿春县第一中学，云南 绿春 662599)

可视化电磁屏蔽实验

毕 亮

(绿春县第一中学，云南 绿春 662599)

使用氯化钠溶液设计了可视化的电磁屏蔽实验，并探究了屏蔽壳的电导率及厚度对电磁屏蔽效果的影响.

电磁屏蔽；食盐水；电导率

1 可视化电磁屏蔽实验的设计

可视化电磁屏蔽实验器材：纯净水、30 cm×30 cm×30 cm的有机玻璃水槽(使用更小的水槽也可)、1袋食盐、1个透明气球、2部手机、1只高4.5 cm的玻璃酒杯、1个罗技高清摄像头.

实验准备：

1)将B手机屏幕熄灭时间设置为10 min，或者设置为“从不”.

2)将B手机装入透明气球，在气球口打结.

3)在水槽中装入深度约为10 cm的纯净水(水的体积为9 L).

4)将罗技高清摄像头连接电脑，将实验的过程和细节同步到电子白板上.

实验步骤：

1)将小酒杯放置于水槽中水底的中间位置，将B手机放在水中的小酒杯上(手机上下方的水深约为5 cm).

2)观察B手机信号，可以看到满满的4格信号，同时能看到“4G”字样.

3)用A手机拨打B手机，拨打电话的同时将A手机的免提功能打开，电话接通后可以听到A和B手机同时响起音乐.

4)将尽量多的食盐倒入纯净水中并加以搅拌，将纯净水制成食盐水(本文中倒入的食盐约为185 g).

5)再次进行实验，可以观察到B手机无信号，原本的信号图标位置出现“×”，“4G”字样也消失不见.

6)用A手机拨打B手机，拨打的同时把A手机的免提打开，A手机发出“你拨打的电话无法接通”的提示音，B手机没有发出铃声，也看不到来电显示.

7)将B手机从食盐水中取出，B手机的信号恢复正常，用A手机拨打B手机也可以拨通.

8)将B手机从气球中取出，再将B手机的手机卡取出，可以看到B手机无信号，也无“4G”字样，屏幕上有无卡的提示图标.

此实验不仅可听，也可视，学生可以使用听觉和视觉感觉器官同时做出判断，得出正确结论:密闭的食盐水“导体盒”可以屏蔽手机信号.

2 屏蔽壳厚度和电导率对屏蔽效果的影响

开展可视化电磁屏蔽实验，学生很自然就提出这样的问题：为什么使用食盐水演示电磁屏蔽实验，手机下方还需要垫小酒杯？自来水也是导体，为什么不使用自来水演示电磁屏蔽实验，如果采用自来水不是更能节省成本吗？于是，进一步探究屏蔽壳的电导率和厚度对屏蔽效果是否造成影响.

2.1 相同质量分数的食盐水“薄壳”是否可以屏蔽手机信号

实验器材：食盐水、1个有机玻璃水槽、1个透明气球、2部手机.

实验方案：

1)直接将小酒杯取走，使B手机沉入食盐水下方. B手机下方的屏蔽壳厚度比较薄. 观察到原本无信号的B手机，出现有2格信号，信号图标上方没有 “4G”字样，而是出现字母“E”. 用A手机拨打B手机，可以打通(环境不同，手机品牌和型号不同，NaCl的质量分数不同，手机信号略有差异).

2)将水槽中的食盐水倒掉一大部分，食盐水中放入酒杯，酒杯上方放B手机，B手机上方的食盐水厚度约为1 cm，看到有2格信号，有4G图案. 用A手机拨打B手机，也可以接通.

与食盐水深度为10 cm的实验对比，可以得到这样的结论：质量分数相同的食盐水，即电导率相同的食盐水，屏蔽壳厚度大的屏蔽效果好，屏蔽壳厚度小的屏蔽效果差.

2.2 相同厚度的自来水“密封盒”是否可以屏蔽手机信号

实验器材：自来水、1个有机玻璃水槽、1个透明气球、2部手机、1只高4.5 cm的玻璃酒杯.

实验方案：

1)水槽中装入10 cm深自来水，把玻璃酒杯放入水底的中间位置，将套了透明气球的B手机置于玻璃杯上方.

2)观察B手机，看到信号只有2格，同时能看到“4G”字样(环境不同，手机品牌和型号不同，NaCl的质量分数不同，手机信号略有差异).

3)用A手机拨打B手机，可以拨通. 说明厚度约为5 cm的“自来水屏蔽壳”只减弱了B手机接收信号的能力，起到一定屏蔽作用，但无法完全屏蔽B手机的信号.

由于自来水中的自由电荷数少于食盐水中的自由电荷数，因此自来水的电导率小于食盐水的电导率(学生容易理解). 如果用实验手段比较自来水和食盐水的电导率，可以取相同体积的两烧杯液体(笔者取的体积为125 mL，食盐水为前面做实验使用过的食盐水)，用导线将其与2节干电池、分度值为0.02 A的电流表连成断开的电路，断开的2根导线当作“开关”，将“开关”插入自来水中，“开关”的两端紧贴烧杯壁，自来水不能使量程为0.6 A、分度值为0.02 A的电流表的指针偏转(可以使灵敏电流计指针偏转). 食盐水能使相同量程和分度值的电流表指针偏转，电流读数为0.16 A. 注意：电解食盐水会产生氯气，不要使电路长时间保持接通，电路的通断必须在瞬间完成.

与食盐水深度为10 cm的实验进行比较，可得出实验结论：屏蔽壳厚度相同时，“含有杂质”的水，电导率大的屏蔽效果好，电导率小的屏蔽效果差.

探究了屏蔽壳的厚度和电导率对屏蔽效果的影响之后，可以再进一步拓展. 教师提出问题：在海底执行任务的潜水艇是否可以使用无线电通讯?并对潜水艇的通讯进行适当介绍.

3 结束语

在物理教学中，教师开发物理创新实验是非常有必要的. 活学活用物理知识，学生才比较容易理解物理知识，同时也可使学生牢牢掌握物理知识. 笔者设计的创新实验，不仅可以培养学生动手解决实际问题的能力，更为重要的是可以启迪智慧，提升学生的创新思维，进而培养学生的创新能力.

[责任编辑：尹冬梅]

Visual electromagnetic shielding experiment

BI Liang

(Luchun No.1 Middle School, Luchun 662599, China)

The visual electromagnetic shielding experiments were designed using NaCl solution. The influence of conductivity and thickness of shielding shell on the shielding effect was studied.

electromagnetic shielding; NaCl solution; conductivity

2016-10-31

云南省教育科学“十二五”规划2015年度课题(No.BC15030)

毕 亮(1984-)，男，云南弥渡人，云南省绿春县第一中学一级教师，学士，从事中学物理教学工作．

G633.7

B

1005-4642(2017)01-0059-02