關(guān)于“萊頓瓶電震實(shí)驗(yàn)”的兩點(diǎn)質(zhì)疑

戚福軍

(大安市第六中學(xué) 吉林 大安 131302)

在人教版高中《物理·選修1-1》第一章第四節(jié)“電容器”中，為了引入電容器這個(gè)電器元件，教材首先講述了1748年在巴黎圣母院前由物理學(xué)家諾萊特(A.J.A.Nollrt,1700～1770)表演的一個(gè)“魔術(shù)”.教材表述如下：“魔術(shù)師”諾萊特調(diào)來(lái)700個(gè)修道士，讓他們手拉手站成一排，全長(zhǎng)約300 m，隊(duì)伍十分壯觀.裝著水的大玻璃罐內(nèi)有一根金屬引線通到外面，與一個(gè)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)并受摩擦的大玻璃圓盤相連.隨著諾萊特一個(gè)手勢(shì)，排在最前面的修道士用手握住了從瓶口引出的金屬線.一瞬間，700個(gè)修道士幾乎同時(shí)驚叫著跳了起來(lái)，在場(chǎng)的人無(wú)不目瞪口呆.下面為教材所配插圖.

質(zhì)疑1：700個(gè)修道士幾乎同時(shí)驚叫起來(lái),是因?yàn)?00個(gè)修道士幾乎同時(shí)出現(xiàn)靜電放電現(xiàn)象.但我們知道靜電放電現(xiàn)象出現(xiàn)必須有回路，否則不會(huì)出現(xiàn).而從教材所敘述的內(nèi)容及所配的插圖來(lái)看,700個(gè)修道士之間看不出存在回路，那么也就不可能出現(xiàn)700個(gè)修道士幾乎同時(shí)驚叫起來(lái).按照教材所敘述的內(nèi)容及插圖來(lái)看，如果地面潮濕，那么可能會(huì)在前幾個(gè)人出現(xiàn)放電現(xiàn)象(和大地構(gòu)成回路)，也不會(huì)700人同時(shí)出現(xiàn)放電現(xiàn)象.

質(zhì)疑2:教材的這部分內(nèi)容及所配插圖是為了引出電容器這個(gè)電器元件，插圖的大玻璃罐應(yīng)該就是電容器雛形，應(yīng)滿足電容器的基本構(gòu)造，即有儲(chǔ)存靜電的電極板和電介質(zhì).但從教材所敘述的內(nèi)容和插圖看不出哪個(gè)充當(dāng)電極板和電介質(zhì)，這樣就無(wú)法通過(guò)這部分內(nèi)容科學(xué)正確地引出電容器這部分知識(shí).

筆者查閱了大量有關(guān)“萊頓瓶”的歷史資料、發(fā)現(xiàn)事實(shí)和教材的敘述存在著一定差距.據(jù)《物理·選修3-1》教學(xué)參考書介紹，1745年荷蘭萊頓大學(xué)的物理學(xué)家R.van穆欣布羅克[1]在從事電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，看到好不容易使帶電體所帶的電很快在空氣中消失，便想找到一種保存電的方法.有一次，他用絲線吊起一支槍管來(lái)接收從摩擦起電機(jī)玻璃球傳來(lái)的電.在槍管的一端吊起一根黃銅線，銅線的下端放入一只盛有水的玻璃瓶中.穆欣布羅克讓助手一只手拿著玻璃瓶，同時(shí)自己使勁轉(zhuǎn)動(dòng)起電機(jī)，助手不慎將另一只手碰到槍管上，感到一次強(qiáng)烈的電擊，大喊起來(lái).穆欣布羅克與助手互換位置，讓助手搖起電機(jī)，自己一手拿瓶，另一只手去碰槍管，也遭到電擊.這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，把帶電體放在玻璃瓶中可以把電保存起來(lái).后來(lái)人們把這個(gè)蓄電的瓶子叫做“萊頓瓶”.萊頓瓶幾經(jīng)改進(jìn)，瓶?jī)?nèi)外表面都貼上金屬箔，瓶蓋上插一金屬桿，桿上端裝一金屬球，下端用金屬鏈與瓶?jī)?nèi)表面接觸;瓶?jī)?nèi)盛水，增大了瓶的蓄電能力，可以產(chǎn)生更強(qiáng)的電擊.放電時(shí)產(chǎn)生的電火花可以點(diǎn)燃火藥、氫氣等.萊頓瓶的出現(xiàn)為進(jìn)一步研究電現(xiàn)象提供了有力的工具.

萊頓瓶能使人受到電擊的現(xiàn)象，引起人們的好奇.當(dāng)時(shí)用萊頓瓶做電擊示范表演成了一種娛樂游戲.最出色的表演是法國(guó)物理家諾萊特在巴黎圣母院前進(jìn)行的.他請(qǐng)700個(gè)修道士手拉手排列起來(lái)，讓排頭者手握萊頓瓶，排尾者手握萊頓瓶的引線.趙凱華的《電磁學(xué)》中關(guān)于這個(gè)問題的闡述和上面的闡述基本相同:“一端的人接觸帶電萊頓瓶的外部，另一端的人接觸萊頓瓶的另一極.”[2]當(dāng)他讓萊頓瓶通過(guò)700個(gè)修道士放電時(shí)，整個(gè)隊(duì)伍突然同時(shí)跳了起來(lái)，在場(chǎng)觀眾被驚得目瞪口呆.

從以上資料可以看出當(dāng)時(shí)諾萊特是讓“排頭的修道士用手握住萊頓瓶，讓排尾的手握瓶的引線，”而不是按教材所敘述的那樣“排在最前面的修道士用手握住了從瓶口引出的金屬線.”由于瓶里瓶外分別貼有錫箔，排頭的修道士用手握住萊頓瓶，讓排尾的握住與瓶里錫箔相接觸的引線，那么儲(chǔ)存在瓶里瓶外錫箔上的靜電就會(huì)通過(guò)700個(gè)修道士所構(gòu)成的回路出現(xiàn)放電現(xiàn)象，才會(huì)使700個(gè)修道士幾乎同時(shí)驚叫著跳了起來(lái).

瓶里瓶外分別貼有的錫箔,就相當(dāng)于電容器的兩個(gè)電極，錫箔之間的玻璃相當(dāng)于電介質(zhì)，完全滿足電容器的基本構(gòu)造.如果這樣介紹的話就會(huì)很容易從萊頓瓶電震現(xiàn)象引出電容器的相關(guān)知識(shí).

參考文獻(xiàn)

1 彭前程.物理選修3-1教師教學(xué)用書(第三版). 北京:人民教育出版社,2010. 43

2 趙凱華，陳熙謀. 電磁學(xué)(第二版). 北京：高等教育出版社，1984. 3