教育问题考虑 试电笔教育中发现的问题与考虑

摘 要：初三物理讲义所说，试电笔氖管发光是因为电流经过人体流入大地，与日子中现象不太契合，所以经过屡次试验探求和查阅大学物理电磁学后，得出问题的完好解说和对教育的一些考虑。

关键词：试电笔 电容 孤立导体

在初三《家庭电路》这一课中，判别前方和零线时，运用的是试电笔。书上说，当试电笔笔尖触摸前方时，氖管发光，是因为电流经过笔尖、电阻、氖管、绷簧，再经过人体流向大地，流到零线，与电源构成闭合电路，氖管就会发光。

课后立刻就有学生就向我发问：假如人站在枯燥的椅子上，氖管会发光吗？所以我带着学生做了以下试验：1）穿戴鞋站在地面上，试电笔笔尖触摸前方，手按住笔卡，观察到氖管发光。2）站在枯燥椅子上，试电笔笔尖触摸前方，手按住笔卡，观察到氖管仍发光。

学生惊奇地提出疑问：枯燥的椅子不是绝缘体吗？为什么会有电流流过呢？

依据平行板电容公式：

可知，其他要素不变时，极板（导体）面积越大，电容越大，充放电才能越强，因而人的手没有按住笔卡时，笔卡的面积很小，与大地构成的电容很小，充放电的才能很弱，氖管不发光。当手按住笔卡时，人成为极板，人的面积大得多，与地构成的电容大得多，所以充放电才能强得多，氖管发光。但有学生提出新的疑问。

疑问1：经过氖管的电流巨细，跟人与大地的间隔有关吗？

当人手按笔卡，跳起来时，发现氖管的亮度并没有削弱。当人手按笔卡，站在更高的枯燥木椅子上时，发现氖管的亮度没有改动！所以经过氖管的电流巨细，跟人与大地的间隔无关，此现象不契合平行板电容公式！

恰恰构成比照的是：人与笔卡之间构成的电容，对氖管的发光影响更显着。我将橡胶手套套在笔卡上发现氖管不发光。然后我又隔着橡胶手套将手指按在笔卡上，发现笔卡发光了，我将它折叠，当折叠到8层时，试电笔就不发光了。这种现象就契合平行板电容的公式。

疑问2：经过氖管的电流巨细，跟笔卡所触摸导体（人）的外表积有关吗？

其他导体与笔卡触摸，一般不会呈现氖管发光的现象，是不是因为日子中的导体面积远小于人的外表积呢？下面做了这样一个试验：

要操控质量不变，能便利改动外表积的资料，我想到的是锡纸。我先用一小块锡纸做试验：裁了一张边长为30cm正方形锡纸并铺开，用细绳吊起来（如图）。细绳我用试电笔测过，不会让氖管发光。但是这张铺开的锡纸却能够让氖管发光（如图）。再把锡纸折叠成一小块，这样氖管发光的亮度显着变暗了！

为了再次承认和比照，我把5米的锡纸摆开吊起来，用试电笔笔卡触摸锡纸摄影记载氖管亮度（如图），用手直触摸摸笔卡，摄影记载氖管亮度，进行比较，亮度相差不大。能够阐明，氖管的亮度，也就是经过氖管的电流巨细跟笔卡所触摸的导体外表积有关，导体外表积越大，经过氖管的电流就越大，氖管越亮。

然后，我又查阅了大学物理电磁学[1]关于电容的概念得知，孤立的导体也有必定的电容，其界说为：

C=

其间q表明电量，U表明电位（电势），那么电容的物理含义是使导体每升高单位电位所需的电量。假如将孤立导体看作是一个半径为R的球体，那么其电位：

U= =

那么代入孤立导体电容界说式，就得出C=4R。阐明孤立导体的电容只与导体的形状和巨细有关。

尽管，我做试验时的导体不是一个球状的，但我只改动了锡纸的形状，第一次是打开，第2次是折成一小块，这两次的形状的比照很极点，能够反映出形状的改动，其实是带来了外表积的改动，而带电体在静电平衡时的电荷分布是在导体的外表上的，因而不难了解电容在充电动态过程中电荷分布趋向于导体的外表。这样推想而知，外表积越大的导体，包容电荷的身手就越强，因而电容就越大。

总结上述，在日常日子中，人穿戴鞋，拿着试电笔测前方时，试电笔氖管发光，电流一般不会经人体流入大地。而是因为人体就能够看作是一個孤立的导体，孤立的导体就有电容，并且人体的电势比氖管另一端的电势要低，所以电荷就会作周期性定向移动，从人体流进流出，然后耗费了电能，使试电笔有继续的电流经过，所以氖管发光。而一般的导体，外表积远小于人体，电容就很小，就没有满足的电流经过氖管，因而氖管就不会发光。

到此，试电笔教育中发现的问题基本解决了，但在这过程中教育的考虑还意犹未尽。一方面是教材的处理，另一方面是试验的改善。

首先讲教材的处理。初三讲义P37页第四行，这是初中阶段的电流界说。在P38第三行，这儿讲的电路中的“电流”，电流方向是不变的！在这一节的学习里，往往学生只会了解成：“闭合电路，才有电流”。因为学生常识架构的限制，要在这一节里把电流概念一步到位讲清楚也不太可能。因而，在教育中要找机会把学生脑海中的电流概念打破和再造！

在初三讲义P88，图18.1-1中，写到“50～”表明这个电能表在频率为50Hz的交流电路中运用。阐明有些电路中的电流方向是会周期改动的，例如日子中家庭电路。这时要给学生一个完好的电流概念：电流的构成是因为电路中的电源（电压）给了自由电荷一个方向的推动力，使电荷定向移动构成的，假如电源所给这个推动力的方向周期改动，那么电荷的定向移动方向就会周期改动，然后电流的方向也就周期改动的。

在这个教育思路下，我制作了一个能够类比电压周期改动状况的设备，如图，两个水瓶，其间一个瓶子A装上水，用手拿高一个瓶子，因为大气压的作用水就会从一个瓶子A流向另一个瓶子B，一起，我渐渐举高瓶子A，直到A中的水简直流完，所以把B举高A下降，成果B中的水又流回A，这样重复操作，水流方向就周期改动了

用这个试验能够类比阐明，只需电容满足大，就有满足的电流使试电笔上的氖管发光。

参考文献

[1]赵凯华.电磁学[M].高等教育出版社，2004：153.

[2]崔元顺，周淮玲.给定形状孤立导体平板电容的核算[J].大学物理，1995（04）：10.

作者简介：黎永全（1979.01-），男，本科，中教二级，研讨方向：物理教育。