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關鍵概念
電
磁
重力
來自 國家科學教育標準:光、熱、電和磁
介紹
您是否注意到在乾燥的日子裡頭髮會豎起來,或者在黑暗中摩擦兩條毛絨毯子時,毛絨毯子會產生火花? 這兩種現象都是由電引起的——電也以電流的形式在燈開關和電源插座後面的電線中流動。 但是,使頭髮豎立起來的電的形式,即靜電,要弱得多(儘管靜電的積聚足以在您觸控合適的表面時引起輕微的疼痛的電擊)。
因為靜電較弱,所以它在為燈泡或電器供電方面效果不佳,但您可以讓它在房子周圍做一些令人驚訝的事情。
背景知識
靜電的工作原理與磁鐵相似。 它可以產生正電荷或負電荷,從而吸引或排斥其他物體。
您是否曾經用氣球或毛絨織物摩擦頭髮,並觀察發生了什麼? 摩擦動作將頭髮中一些鬆散的負電荷(來自原子的電子)移動到氣球或織物的表面。 這使得您(現在)帶正電的頭髮被氣球或織物(現在)帶更多負電的表面所吸引。 並且由於您的每根頭髮都帶有輕微的正電荷,就像磁鐵的同性磁極一樣,它們會想要彼此遠離,從而使您的頭髮更加蓬鬆!
水由兩個氫原子和一個氧原子組成,也由帶電粒子組成,其中兩個氫原子帶正電荷。 因為在水的液態形式中,這些原子可以自由地向任何方向移動,所以它很容易受到靜電荷的影響。
材料
• 三個小泡沫塑膠杯(或者,您可以使用兩個紙杯來盛水,並使用一個充氣的氣球來提供靜電荷)
• 牙籤
• 水
• 擁有乾淨、乾燥頭髮的人
準備工作
• 小心將牙籤推入其中一個泡沫塑膠杯的底部一半。 不要取出牙籤——讓它卡在杯子裡,以確保在您裝滿水時能緩慢滴水。
• 將這個杯子直接放在第二個泡沫塑膠杯上方。
• 將頂部的泡沫塑膠杯(底部帶有牙籤)裝滿水,並確保它正在穩定但少量地將水滴入下面的杯子中。
步驟
• 觀察水是如何從上面的杯子垂直流入下面的杯子中的。
• 將第三個泡沫塑膠杯在擁有乾淨乾燥頭髮的人的頭上摩擦幾秒鐘,以獲得靜電荷(當頭發開始彼此分開時,您就可以判斷出發生了這種情況)。
• 將這個帶靜電的杯子靠近水流,但不要讓它沾溼。
• 水流會發生什麼變化?
• 現在將杯子從水流中移開。 水會怎麼樣?
• 額外嘗試: 嘗試用其他物體進行此活動,例如紙杯、您用頭髮摩擦過的氣球或其他物品。 什麼可以改變水流? 什麼不行? 繼續閱讀以瞭解觀察結果、結果和更多資源。 觀察和結果
當帶靜電的杯子靠近水流時,水流發生了什麼變化? 當您將帶靜電的杯子移開時會發生什麼? 您認為為什麼會發生這種情況?
當您用頭髮摩擦泡沫塑膠杯時,負電荷(電子)從頭髮移動到杯子的表面,使杯子帶負電荷。 從頂部杯子流出的水由正負兩部分組成,它們都混雜在一起。 但是,當帶負電荷的杯子靠近水流時,水分子中帶正電荷的部分(氫原子)會被負電荷吸引,並將整個水流移向杯子。
為什麼水不會被完全橫向拉動以附著在杯子的表面上? 即使負電荷和正電荷之間的靜電吸引力很強,水仍然足夠重,會被重力向下拉。 因此,當您將帶電的杯子從水流中移開時,重力會完全恢復作用,並將水垂直向下拉。
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倒出水並小心地取出牙籤。 您可以沖洗並重復使用沒有孔的泡沫塑膠杯。
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在壓力下:發射氣球火箭
您需要的材料
氣球(長氣球效果最佳,但圓形氣球也可以。)
至少 10 英尺長的繩子
塑膠吸管
膠帶
兩把椅子或堅固的門把手,相距約 10 英尺(中間有空曠空間)
其他形狀和尺寸的氣球(可選)
其他可以用作引導線的細材料,例如魚線、絲帶或細繩(可選)
秒錶或指示秒的鐘表(可選)