这是关于高中物理教材电场部分一个演示实验的改进方案,可以解决学生的误解。

“法拉第圆筒实验”的改进

法拉第圆筒是一个开口的铜桶。应用于法拉第圆筒实验，测量束团电荷量和抑制中子发生器中的二次电子等。

“处于静电平衡状态的带电导体，其净电荷只分布在导体的外表面”这一结论，在高中阶段是用“法拉第圆筒实验”加以说明的。通过该实验的演示，学生能够清楚地看到用移电导体球从圆筒的外表面把电荷移到了验电器上（可以明显看到验电器的金属箔片张开较大的角度），而从圆筒的内表面却无论如何也不能移出电荷（经过很多次实验，移电球也不能使验电器的箔片张开哪怕很小的角度）。因此，学生对此结论不会产生任何怀疑。但是，由此也造成了学生理解的局限性。例如，对下面一类习题往往产生误解：“如图，带正电的金属球壳内表面通过两条导线分别与验电器A、B相连（验电器原来不带电），则关于验电器箔片的说

法中正确的是：（A）都张开；（B）都不张开；（C）A张开；（D）B张开，A不张开。”此题学生往往容易错选B。他们的

逻辑是：“既然空腔导体内表面不带电，

则也不会有电荷通过导线传到验电器上，因此验电器的箔片不会张开。”无疑，

这种说法是错误的。但是，只通过讲解使学生真正理解是相当困难的。为了解决这个难题，笔者对“法拉第圆筒实验”做了一些小小的改进，在原来移电球的基础上又增加了一长一短两个移电棒（一个带有绝缘柄的金属导体棒），要求长移电棒的长度必须保证其与圆筒内壁接触时有一段探露在圆筒外（一般是绝缘手柄一端露出圆筒外，这一点是实验成功的关键！但对具体长度没有要求，为了提高实验的可见度，可适当增大圆筒的大小和导体棒的长度），短移电棒的长度则必须保证其前端与圆筒内壁接触时另一端也在圆筒内。演示时可以看到这样的实验现象：当用移电球从圆筒内表面取电荷时，验电器箔片不张开；而当用长移电棒取电荷时，箔片会张开很大的角度。这种强烈的对比必然会引起学生的注意和深思，此时再用短移电棒从圆筒内表面取电荷再与验电器接触，发现验电器的箔片也不张开，然后进行如下解释：处于静电平衡状态的带电导体，由于同种电荷之间的斥力作用，都会被排斥到导体的最远端，表现在只分布在导体的外表面，当移电球与圆筒内壁接触时，移电球与圆筒就形成了一个导体，由于移电球处在圆筒内部，在其上没有电荷分布。而当移电棒与圆筒内壁接触时，由于移电棒有一端伸出圆筒外，伸出圆筒外的这端自然变成了最远端，因此移电棒就带上了大量的电荷。此时再演示用短移电棒从圆筒内取电荷，就会发现仍然不能使验电器的金属箔片张开。这种实验现象会使学生的思维受到强烈的震撼，再加以适当的讲解，问题自然就会迎刃而解了。