巧用打火机演示压电效应，本文主要内容关键词为：压电效应论文,打火机论文,巧用论文,演示论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
压电效应是某些介质在力的作用下产生形变时，在介质表面出现异种电荷的现象。实验表明，这种束缚电荷的电量与作用力成正比，而电量越多，相对应的两表面电势差（电压）也越大。这种神奇的效应已被应用到与人们生产、生活、军事、科技密切相关的许多领域，以实现力—电转换等功能。例如用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以生产出不用火石的压电打火机、煤气灶打火开关、炮弹触发引信等。此外，压电陶瓷还可以作为敏感材料，应用于扩音器、电唱头等电声器件；用于压电地震仪，可以对人类不能感知的细微振动进行监测，并精确测出震源方位和强度，从而预测地震，减少损失。利用压电效应制作的压电驱动器具有精确控制的功能，是精密机械、微电子和生物工程等领域的重要器件。可以说，压电陶瓷等器件不仅广泛应用于科技领域，还颇具“平民性”，对广大“烟民”来说，天天与压电陶瓷发生着“零接触”，却熟视无睹其存在。
目前流行的一次性塑料打火机，有相当一部分是采用压电陶瓷器件来打火的。取出其中的压电打火元件，其外形如图1所示。
附图
一、测量仪器及附件选择
压电打火机的电压陶瓷元件产生的瞬间电压用什么仪器可以测量呢？起初，我们试图用普通指针式多用电表直流高压挡测量，发现每次按动点火元件的黑色塑料压杆时，由于两个电极接出的电压只能使指针略微抖动一下。分析原因是，因为电压脉冲持续时间甚短，指针惯性较大，指针无法同步体现电压的变化做大幅偏转。
换用数字显示型多用电表，本以为其无指针惯性影响，应该能读出瞬间高电压来，谁知事与愿违，我们根本看不到预想的高电压读数，只能看到一些变换不定的低电压数据。分析起来，这是由于液晶显示响应速度较慢，点火电压脉冲持续时间甚短，来不及显示最高瞬间电压，只能显示电压降落（较平缓阶段）过程中的某些随机电压读数。
最后，我们搬出实验室的“重磅武器”——示波器，再做一试。我们用的是实验室最普通的J2459型学生示波器，连接线为两条普通的带鳄鱼夹的导线。从理论上讲，示波器是利用电子束偏转后打在荧光屏上显示光点移动的，电子束惯性极小，应该能“跟踪”上点火高压脉冲的变化，实验结果不出所料。
二、电压幅值的估测方法
把示波器交直流选择开关置于“DC”挡，扫描范围置于“10～100kHz”挡，用X移位和Y移位将水平亮线移到方格坐标的中央部，置X轴上。为了能估测压电效应的最高电压幅值，我们必须先用荧光屏前的方格坐标系，定出电压标尺：利用接在示波器Y输入接线柱上的两根导线，把一节干电池的1.5V电压加在示波器上，衰减放在1，Y增益放在最低，可以发现刚才的水平亮线上跳（或下跳）两格左右，即此时两格代表1.5V电压。在Y增益不变的情况下，再将Y衰减放在1000（即千分之一）挡，荧光屏前方格坐标的两格就可以代表1500V了。
将Y输入接线柱上的两根导线的鳄鱼夹分别接在压电打火机压电元件的两个电极上，迅速按下其黑色塑料压杆，可以看到原来位于中央高度的水平亮线向上（或向下）跳动又恢复原位。由于荧光屏的余晖作用，水平亮线在示波器上显现的是一条高度达四格的亮带，这表明该脉冲的电压幅值在3000V以上。
如果想观察这个电压脉冲的波形，可以每次按动压杆的同时，细心调节示波器“扫描微调”旋钮（事先将扫描范围换到“10～100Hz”挡），我们可以在荧光屏上看到如图2所示的波形，其电压上升较陡，降低较平缓，峰值在四格以上。
附图
三、脉冲持续时间的估测
将示波器的衰减挡置于1000挡，扫描范围置于“10～100Hz”挡，“扫描微调”左旋到底，即扫描频率为10Hz，调节“X增益”和“X移位”旋钮，使X轴扫描线充满10格，那么每一格代表1/10×1/10s，即0.01s。按下压电元件的黑色塑料压杆，可以看到压电脉冲持续一格，如图3所示，即对应于0.01s，也就是说，该脉冲持续时间约为0.01s。
附图
四、教学建议
建议将此小实验补充到“示波器的使用”学生分组实验中去，作为探索性实验内容，以培养学生动物动脑能力。