法拉第圆筒实验
为了研究静电场中导体的电荷分布情况,法拉第用圆筒实验得出了结论:导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面。为了纪念法拉第的工作成果,历史上把空心的金属筒称为法拉第圆筒。本人也做了类似的实验,以下是我的实验过程和体会:
我们老师都有体会,静电的实验比较难做,因为受环境的因素影响很大,特别是下雨天很难做成功,使物体带电后,电荷马上被潮湿的空气导走,对实验产生很大的影响,实验现象很弱甚至几乎观察不到实验现象。为了克服这个难题,我想了以下办法,用铁丝制作一个立方体的框架,然后在框架上围上透明的尼龙纸(或保鲜膜),如图所示,在实验前用电吹风给一面开口的框架内吹风,保证在这小范围内空气相对干燥,防止放电过快。
让实验装置在上面的框架内进行实验,事先已干燥,取两个静电计A和B,在B上装一个开口的铜制的空心金属圆筒,通过感应起电机使B和C带电,A不带电,D是带有绝缘柄的金属小球,使D与圆筒的内部接触,再让它跟A的金属球接触,重复4-5次,观察静电计指针的变化,发现静电计指针没张开,用手触碰静电计的金属小球;使D与圆筒的外部接触,再让它跟A的金属球接触,重复4-5次,明显发现指针张大。实验结论与书本的叙述完全吻合。
笔者在实验一开始并不是选择金属圆球在做实验,而是选择易拉罐(如可乐罐、沙丁鱼罐、油闷大头罐等)、大小奶粉罐做实验,用小球搬运电荷,实验现象不明显,用较大的铁球搬运,确实金属罐外部是明显带电的,指针出现了很大的偏角,但是往往会产生圆筒内部也带电的实验事实,笔者思考了失败的原因,大致认为这两方面原因:1、静电计的顶部插入罐头的地方过长而且没有紧密接触,此处带电使内壁产生静电感应带上了异种电荷;2、由于罐头各处的曲率半径相差较大,电荷在上面严重分布不均而且开口又较大使内壁也成了导体的外表面。
通过这次实验准备的过程中,笔者深刻的认识到要做好实验的艰辛,但实验中的收获又是很大的,书本的理论知识在实验过程中得到了升华,对于学生也迫切需要实验给他们更多的感性认识,让他们更好地理解书本晦涩难懂的知识。
