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关键概念
电
磁
重力
来自 国家科学教育标准:光、热、电和磁
介绍
您是否注意到在干燥的日子里头发会竖起来,或者在黑暗中摩擦两条毛绒毯子时,毛绒毯子会产生火花? 这两种现象都是由电引起的——电也以电流的形式在灯开关和电源插座后面的电线中流动。 但是,使头发竖立起来的电的形式,即静电,要弱得多(尽管静电的积聚足以在您触摸合适的表面时引起轻微的疼痛的电击)。
因为静电较弱,所以它在为灯泡或电器供电方面效果不佳,但您可以让它在房子周围做一些令人惊讶的事情。
背景知识
静电的工作原理与磁铁相似。 它可以产生正电荷或负电荷,从而吸引或排斥其他物体。
您是否曾经用气球或毛绒织物摩擦头发,并观察发生了什么? 摩擦动作将头发中一些松散的负电荷(来自原子的电子)移动到气球或织物的表面。 这使得您(现在)带正电的头发被气球或织物(现在)带更多负电的表面所吸引。 并且由于您的每根头发都带有轻微的正电荷,就像磁铁的同性磁极一样,它们会想要彼此远离,从而使您的头发更加蓬松!
水由两个氢原子和一个氧原子组成,也由带电粒子组成,其中两个氢原子带正电荷。 因为在水的液态形式中,这些原子可以自由地向任何方向移动,所以它很容易受到静电荷的影响。
材料
• 三个小泡沫塑料杯(或者,您可以使用两个纸杯来盛水,并使用一个充气的气球来提供静电荷)
• 牙签
• 水
• 拥有干净、干燥头发的人
准备工作
• 小心将牙签推入其中一个泡沫塑料杯的底部一半。 不要取出牙签——让它卡在杯子里,以确保在您装满水时能缓慢滴水。
• 将这个杯子直接放在第二个泡沫塑料杯上方。
• 将顶部的泡沫塑料杯(底部带有牙签)装满水,并确保它正在稳定但少量地将水滴入下面的杯子中。
步骤
• 观察水是如何从上面的杯子垂直流入下面的杯子中的。
• 将第三个泡沫塑料杯在拥有干净干燥头发的人的头上摩擦几秒钟,以获得静电荷(当头发开始彼此分开时,您就可以判断出发生了这种情况)。
• 将这个带静电的杯子靠近水流,但不要让它沾湿。
• 水流会发生什么变化?
• 现在将杯子从水流中移开。 水会怎么样?
• 额外尝试: 尝试用其他物体进行此活动,例如纸杯、您用头发摩擦过的气球或其他物品。 什么可以改变水流? 什么不行? 继续阅读以了解观察结果、结果和更多资源。 观察和结果
当带静电的杯子靠近水流时,水流发生了什么变化? 当您将带静电的杯子移开时会发生什么? 您认为为什么会发生这种情况?
当您用头发摩擦泡沫塑料杯时,负电荷(电子)从头发移动到杯子的表面,使杯子带负电荷。 从顶部杯子流出的水由正负两部分组成,它们都混杂在一起。 但是,当带负电荷的杯子靠近水流时,水分子中带正电荷的部分(氢原子)会被负电荷吸引,并将整个水流移向杯子。
为什么水不会被完全横向拉动以附着在杯子的表面上? 即使负电荷和正电荷之间的静电吸引力很强,水仍然足够重,会被重力向下拉。 因此,当您将带电的杯子从水流中移开时,重力会完全恢复作用,并将水垂直向下拉。
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倒出水并小心地取出牙签。 您可以冲洗并重复使用没有孔的泡沫塑料杯。
更多探索
“为什么闪电是锯齿状而不是直线?” 来自大众科学
“电池如何存储和释放电能?” 来自大众科学
“静电:了解静电荷和静电电击” 来自 Science Made Simple
“原子结构” 来自纽约大学
电从哪里来? 作者:C. Vance Cast, 4-8岁
本杰明·富兰克林电力探险记 作者:Beverley Birch, 9-12岁
接下来…
在压力下:发射气球火箭
您需要的材料
气球(长气球效果最佳,但圆形气球也可以。)
至少 10 英尺长的绳子
塑料吸管
胶带
两把椅子或坚固的门把手,相距约 10 英尺(中间有空旷空间)
其他形状和尺寸的气球(可选)
其他可以用作引导线的细材料,例如鱼线、丝带或细绳(可选)
秒表或指示秒的钟表(可选)