付喜錦
(隴東學(xué)院 電氣工程學(xué)院,甘肅 慶陽 745000)
導(dǎo)體和絕緣體沒有絕對(duì)界線,當(dāng)條件改變時(shí),絕緣體也能變成導(dǎo)體. 例如:日常生活中常用的干燥的木頭是絕緣體,但潮濕的木頭就變成了導(dǎo)體,又如:玻璃在通常情況是絕緣體,但如果將玻璃加熱到紅熾狀態(tài),就變成了導(dǎo)體. 用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,前例方便容易,但對(duì)于后例則不易實(shí)現(xiàn). 為此,設(shè)計(jì)了簡單且操作方便的玻璃由絕緣體變導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)裝置.
文獻(xiàn)[1]采用如圖1所示的裝置進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn), 該實(shí)驗(yàn)難度大,實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不盡人意. 究其原因是多方面的:其一,電源待定;其二,帶導(dǎo)線的玻璃珠不好找;另外,最關(guān)鍵的是學(xué)生要通過小燈泡的發(fā)光來得出到玻璃由絕緣體變成導(dǎo)體的結(jié)論,但燈泡發(fā)光需要大電流,對(duì)電源電壓要求高.
圖1 文獻(xiàn)[1]中演示玻璃遇熱導(dǎo)電的實(shí)驗(yàn)裝置
文獻(xiàn)[2]先用演示實(shí)驗(yàn)“電荷在金屬棒中的定向移動(dòng)”給出有關(guān)導(dǎo)體和絕緣體的定義,其敘述為:“有的物體容易導(dǎo)電,叫做導(dǎo)體. 金屬、人體、大地、石墨、食鹽水溶液等都是導(dǎo)體. 有的物體不容易導(dǎo)電,叫做絕緣體. 橡膠、玻璃、塑料等都是絕緣體”. 這會(huì)給學(xué)生造成玻璃就是一成不變的絕緣材料的影響.
但文獻(xiàn)[2]提到:“絕緣體對(duì)電流的阻礙作用大,導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用小” . 而且 “探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素” 實(shí)驗(yàn)步驟1~2設(shè)計(jì)的是 “電阻大小是否跟導(dǎo)線的長度、粗細(xì)有關(guān)”,實(shí)驗(yàn)步驟3設(shè)計(jì)的是“還可以檢驗(yàn)其他的猜想:影響導(dǎo)體電阻大小的因素還可以有哪些?它們是怎樣影響電阻的?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),繼續(xù)進(jìn)行探究”. 基于此,教師們是否會(huì)引導(dǎo)學(xué)生提出將通常情況下的絕緣體玻璃在加熱情況下變成導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)設(shè)想?并用這一設(shè)想繼續(xù)研究得出導(dǎo)體和絕緣體沒有絕對(duì)界線的結(jié)論呢?因?yàn)榻滩闹袥]有這樣的具體表述.
文獻(xiàn)[3]實(shí)驗(yàn)中仍用小燈泡(2.5V,0.3A)發(fā)光顯示有無電流通過,實(shí)驗(yàn)不易成功,后改用投影靈敏電流計(jì),加熱用酒精燈,實(shí)驗(yàn)中沒有給出電源規(guī)格. 文獻(xiàn)[4]實(shí)驗(yàn)中用普通燈泡(15W,220V)發(fā)光,電源接交流市電,用酒精燈加熱,玻璃體用日光燈芯. 文獻(xiàn)[5]實(shí)驗(yàn)電路較簡單,但玻璃體仍用日光燈芯,文中沒有給出電源的規(guī)格. 上述文獻(xiàn)中所用電源電壓要求較高,不易操作.
如圖2所示,電源選擇9V疊層電池或3.6V鋰電池,玻璃體是報(bào)廢保險(xiǎn)管(斷絲1,2,5A均可),有無電流通過顯示選用發(fā)光二極管,導(dǎo)線是普通導(dǎo)線和1根十幾cm長的銅絲,電路板(也可用小木板代替),酒精燈(或蠟燭),火柴,萬用表,烙鐵(焊接用的工具).
(a)原理圖 (b)實(shí)物圖圖2 玻璃由絕緣體變導(dǎo)體的簡易實(shí)驗(yàn)裝置
先將連接好的電路用萬用表檢測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn):玻璃管在加熱之前萬用表指針為零,說明這時(shí)電路中沒有電流流過,玻璃管是絕緣體;在玻璃管加熱少于1min萬用表指針就有了擺動(dòng),說明電路中有了電流,這時(shí)被加熱的玻璃管就成了導(dǎo)體.
接著換用不同形狀的二極管、 電池(9V或3.6V)、火源(酒精燈或蠟燭)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).
觀察現(xiàn)象對(duì)比得出:電源電壓是電路中的決定因素,但發(fā)光二極管的選用也是主要的因素,報(bào)廢保險(xiǎn)管作為實(shí)驗(yàn)玻璃體易找且好連接,也充當(dāng)著電路中的開關(guān),以上器材選擇恰當(dāng),用蠟燭作加熱源實(shí)驗(yàn)也能很快成功.
運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究的科學(xué)方法設(shè)計(jì)并自制簡易實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)通常情況下絕緣的玻璃在高溫下變成導(dǎo)體進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證實(shí)了絕緣體和導(dǎo)體之間沒有絕對(duì)的界限. 其創(chuàng)新點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選用電壓要求低且單向?qū)щ姷陌l(fā)光二極管是否發(fā)光作為判斷是否有電流流過的標(biāo)志,玻璃體利用報(bào)廢的保險(xiǎn)管,因此電源可選3~9V的電池,加熱用蠟燭即可實(shí)驗(yàn)成功. 實(shí)驗(yàn)器材簡便易找,現(xiàn)象直觀.
[1] 人民教育出版社,課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心. 初中物理(第二冊(cè)) [M]. 北京:人民教育出版社,2003:52.
[2] 人民教育出版社,課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心. 義務(wù)教育教科書·物理(九年級(jí)全一冊(cè))[M]. 北京;人民教育出版社,2013:34-35,64-65.
[3] 鄭圣雪. 玻璃絕緣體變成導(dǎo)體演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2004,20(9):22-23.
[4] 楊玉淮. 玻璃由絕緣體變成導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)探究[J]. 物理實(shí)驗(yàn),2007,27(6): 33-34.
[5] 張勤昌. 絕緣體變導(dǎo)體小實(shí)驗(yàn)[EB/OL]. http://old.pep.com.cn/czwl/jszx/tbjx/tb9/tb8s6/sy6/201103/t20110304_1025475.htm,2011-03-04.