浅析物理教学中一物多用之铝箔篇

2018-10-31江苏省高邮第一中学225600

中小学实验与装备 2018年5期

江苏省高邮第一中学(225600) 于淼

物理实验是学生学习掌握科学知识、培养学习兴趣的主要途径，很多教师会巧妙地利用生活中的器材设计出各种有利于课堂教学的实验器材，不仅增添了课堂的趣味性，而且也贴近学生生活实际。为了充分发挥铝箔在物理教学中的作用，笔者结合教学实际利用铝箔设计了8个创新实验，以供参考。

1 研究电容器

电容器是生活中常见的电子元件，在各种电子器材中都会用到，笔者利用铝箔设计了3个简易电容器，使学生更好地理解电容器。

1.1 利用铝箔研究简易圆桶电容器

1.1.1 实验器材

大小不同的可乐瓶2个、铝箔、剪刀、电容表、发光二极管、起电机等。

1.1.2 实验过程

如图1所示，用剪刀把大可乐瓶瓶口部分剪掉，分别用铝箔将2个可乐瓶包住，将小可乐瓶放入大可乐瓶中。这时用电容表可以测得电容的读数(数字电容表可以很容易读出电容器的电容)。①当把小可乐瓶向上提时，观察到电容表读数变小；②若将不同的介质(如玻璃杯、陶瓷杯)放到2个可乐瓶之间，电容表读数也变大；③若减小2个可乐瓶的距离，电容表读数也变大；④若用起电机给圆桶电容器充电后，让一位学生用手同时触摸2个可乐瓶的铝箔时，有被电击的感觉；⑤若充电后将发光二极管接到2个可乐瓶的铝箔上，二极管会亮一下(如果不亮，换一下二极管的极性，因为二极管具有单向导电性)。

图1 简易圆桶电容器

1.1.3 实验结论

两个铝箔裹住可乐瓶可以形成简单的圆桶电容器。①圆桶电容器的电容与正对面积有关：正对面积越大，电容越大；②电容与介质的介电常量有关：介电常量越大，电容越大；③电容与距离有关：距离越近，电容越大；④电容器带电后，用手同时触摸铝箔时电容器会放电，所以会被电击；⑤因为电容器放电时有电流通过二极管，所以二极管会亮，当电放完后，二极管就会熄灭。

1.2 利用铝箔研究简易平行板电容器

1.2.1 实验器材

泡沫板2块(20 cm×20 cm)、铝箔、剪刀、电容表、双面胶等。

1.2.2 实验过程

如图2所示，用双面胶把铝板固定到泡沫板上，平行放置(相距约3 cm)，并用导线连到电容表上(数字电容表可以很容易读出电容器的电容)，读出此时电容的大小。①若改变两板之间的距离，电容表读数会变化(距离变大时读数变小，距离变小时读数变大)；②若提起其中一个泡沫板改变正对面积，电容表读数也会变化(正对面积减小时读数变小，正对面积增大时读数变大)；③在两板中插入不同介质时(如玻璃板或陶瓷板)，电容表读数变大。

图2 简易平行板电容器

1.2.3 实验结论

该实验是探究平行板电容器与两板间的距离、正对面积和介质的介电常量的关系。①距离变大时读数变小即电容变小，距离变小时读数变大即电容变大；②正对面积减小时读数变小即电容变小，正对面积增大时读数变大即电容变大；③在两板中插入玻璃板或陶瓷板时读数变大即电容变大。因为平行板电容器的电容与板间距离成反比，与介电常量、正对面积成正比，所以保持其他条件不变而改变其中一个量时，电容都会发生变化。

1.3 利用铝箔研究简易可变电容器

1.3.1 实验器材

泡沫板2块(20 cm×20 cm)、铝箔、剪刀、电容表、双面胶、圆木棒等。

1.3.2 实验过程

如图3所示，将泡沫板剪成扇形，用双面胶把铝箔(铝箔也剪成扇形)贴到泡沫板上。再用圆木棒将2片扇形串好(2片扇形正对，相距约2 cm)，使泡沫板能绕圆木棒转动。用导线将两铝箔连到电容表上，读出此时的电容值。当转动其中一个叶片时，可以发现读数变小，且正对面积越小，读数越小。

图3 简易可变电容器

1.3.3 实验结论

该实验是可变电容的模型，可通过串联更多的叶片来增大电容器的最大值。当正对面积减小时，电容减小，说明可变电容器的电容与正对面积有关，可变电容器就是通过改变正对面积来改变电容的。

以上3个实验中利用电容表代替教科书中的静电计，是因为利用电容表做实验可以忽略天气的影响，而静电计只能在天气干燥时使用，实验效果才明显。

2 研究电磁感应现象

2.1 现象一

2.1.1 实验器材

电磁炉、铝箔、纸筒、剪刀。

2.1.2 实验过程

如图4所示，利用剪刀将铝箔剪成正方型并将中间剪掉一个比纸筒略大的圆。将纸筒放到电磁炉上，再将铝箔套在纸筒上，通电之前铝箔紧贴在电磁炉上，在电磁炉通电后发现铝箔飘起来。

图4 电磁感应现象一

2.1.3 实验结论

当电磁炉通交流电以后，电磁炉就会产生周期性变化的磁场，导致铝箔中的磁通量发生改变，会在铝箔中产生涡流，涡流在电磁炉线圈的磁场中受到安培力，且安培力向上，所以铝箔会浮起来。

2.2 现象二

2.2.1 实验器材

铝箔、强磁铁、水、水盆、剪刀。

2.2.2 实验过程

如图5所示，用剪刀把铝箔剪成圆形，在水盆中放入适量的水，让铝箔片漂在水面上，用强磁铁其中一极靠近铝箔片并快速的移动，发现铝箔片会随着磁铁移动，从而可以控制铝箔片的运动。

图5 电磁感应现象二

2.2.3 实验结论

磁铁快速移动时，铝箔片内的磁通量快速地发生改变，在铝箔片中就会产生感应电流，而感应电流会阻碍相对运动，所以铝箔片会随着磁铁运动。

3 研究静电跳球

3.1 实验器材

起电机、铝箔、乒乓球、剪刀、支架、2块平行金属板、导线、细线。

3.2 实验过程

如图6所示，将细线把用铝箔包裹的乒乓球挂在支架上，放到两块平行金属板之间(靠近其中一个金属板)，用导线将2块金属板与起电机的2极相连。摇动起电机后，铝箔球就会在2个金属板之间来回摆动。

图6 静电跳球

3.3 实验结论

铝箔球在2块金属板形成的电场中感应起电，由于铝箔球的靠近金属板一端的电场力大，所以铝箔球就会向靠近的金属板运动。当与金属板接触后铝箔球就被先中和后再带上与金属板相同的电荷，从而被排斥向另一块金属板运动。铝箔所带电荷再次被中和后，带上与金属板相同的电荷又被排斥。这样铝箔球就会在2块金属板之间来回摆动。

4 研究安培力

4.1 实验器材

铝箔、饮料管、强磁铁、支架、细导线、电源。

4.2 实验过程

如图7所示，将铝箔裹在饮料管上做成铝箔管(长15 cm左右)，用细导线连接到铝箔管两边再挂在支架并连到直流电源上，将强磁铁放到铝箔管的正下方并使其中一个磁极向上。打开电源开关使铝箔管通电(为安全起见电流小于1 A)，可以看到铝箔管偏离原来位置，使细导线与竖直方向有一个夹角，电流越大，偏角越大。改变电流方向，铝箔管向反方向偏离。