在物理課本選修3-1（人教版）上94頁(yè)4題：如圖1所示，把一根柔軟的彈簧豎直地懸掛起來，使它的下端剛剛跟槽中的水銀接觸．通電后，你預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？怎樣解釋這個(gè)現(xiàn)象．該實(shí)驗(yàn)題中用水銀作為導(dǎo)電液體，因?yàn)樗y有毒，能不能用其它更安全的導(dǎo)電液體替代水銀來做該實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>
先用水銀做該實(shí)驗(yàn)，在電壓為4V時(shí)就能使柔軟彈簧（勁度系數(shù)為2.3N/m）跳動(dòng)，彈簧的最小跳起電流約為1.4A，在較高電壓（8V）時(shí)能夠得到更加明顯的現(xiàn)象：彈簧上下振動(dòng)，電路交替通斷（教師參考書答案）．但在實(shí)驗(yàn)中還可以觀察到更多的現(xiàn)象：在彈簧與水銀接觸處還有明顯的電火花產(chǎn)生，并伴隨著“啪”、“啪”的響聲，這一現(xiàn)象在教師參考書中沒有提到，理論分析時(shí)也是不容易得到的．
再用常見電解液食鹽水替代水銀做實(shí)驗(yàn)，得到以下三大原因使得實(shí)驗(yàn)不能成功．
1、導(dǎo)線與食鹽水處接觸電阻較大：在電壓為16V時(shí)，電路中的電流僅為0.2A，當(dāng)把食鹽水表面接觸處的導(dǎo)線插入食中食鹽水更深時(shí)，電路中的電流會(huì)急劇上升到幾個(gè)安培，此時(shí)，電路中雖然有大電流，但已經(jīng)不滿足實(shí)驗(yàn)要求導(dǎo)線與液面剛接觸的條件了．由此可知，只有在電壓達(dá)到112V時(shí)電流才達(dá)到彈簧的最小跳起電流1.4A，112V的電壓對(duì)于人體而言已經(jīng)是高電壓了，不太安全．
2、用食鹽水替代水銀做實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的電解現(xiàn)象：與食鹽水接觸的負(fù)極銅導(dǎo)線處有無色氣泡不停放出，食鹽水中的H+得到電子，變?yōu)镠2放出，與食鹽水接觸的正極銅導(dǎo)線（為實(shí)驗(yàn)方便在彈簧下端接了一小段銅導(dǎo)線）處有藍(lán)色物質(zhì)產(chǎn)生，正極銅導(dǎo)線處上的CU失去電子，變?yōu)樗{(lán)色的CU+2．電壓越高電解現(xiàn)象越強(qiáng)烈，與液面接觸處的正極導(dǎo)線腐蝕過快與液面脫離接觸，實(shí)驗(yàn)不能成功．
3、鹽水與導(dǎo)線接觸時(shí)產(chǎn)生了浸潤(rùn)現(xiàn)象：與鹽水表面接觸的導(dǎo)線上附著較多的液體阻礙彈簧脫離液面．當(dāng)然最好的方法是用鹽水不浸潤(rùn)的導(dǎo)體來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但不易找到這樣的導(dǎo)體．筆者在用水銀做實(shí)驗(yàn)的成功的基礎(chǔ)上，將與水銀不浸潤(rùn)的銅導(dǎo)線換成與水銀浸潤(rùn)的鋅導(dǎo)線，在保證改裝前后電路中電流不變的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鋅導(dǎo)線與水銀一直接觸而不斷開；在實(shí)驗(yàn)過程還可以明顯觀察到鋅導(dǎo)線在與導(dǎo)電液體剛接觸時(shí)，鋅導(dǎo)線會(huì)突然向下運(yùn)動(dòng)一小段距離，把彈簧拉長(zhǎng)．
進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明：導(dǎo)電液體為硫酸、氫氧化鈉、硫酸鋁等電解液替代水銀做實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的情況與用食鹽水做實(shí)驗(yàn)時(shí)相差不大．
通過以上對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知：（1）用水銀做該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺晒�，且現(xiàn)象比理論分析還要多，而用電解液做該實(shí)驗(yàn)不能成功；（2）在該實(shí)驗(yàn)中水銀的作用是導(dǎo)電、防止電解和防浸潤(rùn)．因?yàn)樗y具有毒性，且用水銀做實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)水銀與彈簧剛好接觸這一條件要求較高：槽中水銀表面用來密封水銀的水與彈簧浸潤(rùn)接觸影響實(shí)驗(yàn)效果，可用衛(wèi)生紙吸取水銀表面的水；用注射器進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈』螯c(diǎn)滴水銀來控制彈簧與水銀面剛好接觸．
綜上所述，該實(shí)驗(yàn)中的導(dǎo)電液體水銀不能用電解液來替代，但可以用固體金屬斜面來代替水銀面，也能得到 同樣的現(xiàn)象：彈簧上下振動(dòng)，電路交替通斷，在彈簧接觸處還有明顯的電火花產(chǎn)生，并伴隨著“啪”、“啪”的響聲．用固體金屬斜面來代替水銀面，既容易控制剛好接觸的條件，又沒有電解和浸潤(rùn)現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)驗(yàn)容易操作、安全又成功，如圖2所示．
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/chuzhong/631807.html
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