電是一種神奇的力量,它在我們生活中無處不在。早上用梳子梳頭,總能聽見“哧哧”的響聲。頭發還總是“離不開”梳子。但是,究竟是何種神奇的力量把頭發深深吸引?
原來,當梳頭的時候,頭發留住電子的能力不如塑料強,它的電子會被塑料帶走,電子帶負電,塑料也就顯負電性,而頭發失去電子,就顯了正電性,就如數學算數一般,零減去負數後就為正,最後這一正一負就有了一個吸引力(異性相吸),這吸引力就是靜電力。
但我又想,頭發和塑料都是絕緣體,可以産生靜電。而人是導體,産生的靜電是不是更強呢?為了驗證我的觀點,我便進行了實驗。
摩擦對象
摩擦後觸碰位置
現象
結論
兩個人的手掌
兩人指尖
并無觸電感覺
無靜電
背靠背
兩人手掌
無太大觸電感覺
有弱放電感
背靠背
兩人指尖
有很強的觸電感應
切能聽見“哧”一聲,暗室中會看見閃光
有強放電感
(注:除列表中所列變量外,其餘摩擦時間、速度等因素幾乎相同)
(具體實驗視頻,請見附件)
通過實驗我發現,兩個人摩擦有了不同的結果。會不會是因為兩手摩擦是真正的人體與人體的摩擦,而背靠背是衣服和衣服摩擦呢?于是我便進行了深入的研究。
接着,我便開始尋找我和我父親的衣服的材料。我了解到衣服是混有纖維的。然而衣服表皮的裡面還夾雜着羽毛,羽毛和纖維都是絕緣體。我想,如果是衣服和衣服摩擦,那應該是衣服帶電,羽毛是絕緣體,也就是說衣服的負電是無法傳向手指的,那麼手指又是如何帶電的呢?
于是我便猜想是人體和衣服摩擦起電。纖維和塑料一樣是可以留住電子的,而人體則失去了電子,也就帶了正電。而我的父親由于沒有動,隻是為我提供了一個摩擦的對象,所以所帶的電荷不如我多(或不帶電)。所以,在我的跳動中,我的衣服和我的皮膚不斷摩擦。我整個人體就帶有了較多的靜電,這時我相對于父親來說的一個高電勢,我和父親形成了電勢差,所以我和父親接觸時便産生了放電現象。
為了避免實驗的偶然性,我又增加了一個實驗:用木梳梳頭,我發現頭發并沒有被木梳吸引。但是我們用塑料梳子梳頭,梳子确吸引了頭發。
通過以上所有的實驗,我發現能産生靜電的摩擦都有以下幾個共性:
1、 相互摩擦的兩物體束縛電子的能力不同
2、 電子轉移後要聚集在表面而不被傳導走。
3、 相互摩擦的兩物體形成電勢差。
通過以上分析也就對我導體與導體摩擦可以起電的觀點進行了否定。同時也證明了不是因為衣服和衣服摩擦而使人體帶的電。
上一個問題解決,新的問題又來了,為什麼同樣是背靠背摩擦後我的手帶了電,為什麼手掌相對和指尖相對卻有不同的結果呢?
請看下圖,暗室中指尖相對,發現了強烈的指尖閃電,手指有強烈的觸電感。
(黑暗房間拍攝)
經過深層次的思考和分析,我認為是手指比手掌更尖的緣故。因為更尖,所以手指尖端就聚集了更多的電荷,即電荷的密度更大。而兩個人的衣服如梳子和頭發一樣,留住電子的能力不同,所以聚集到指尖的電荷數量也就不同。實驗中我的手指帶有靜電,但父親手指不帶電電勢為0,所以我和父親手指間就存在較高的電勢差,此時兩根手指就可以看成帶有電容器的兩個極闆。根據
C=εrS/4πKd
可知,由于指尖相對面積小,即“電容器兩極的正對面積很小”,所以電容就很小。又由Q=CU 可知,C很小,而電荷量Q很大,所以,兩手指尖就産生了教大電場強度,手指電容就會被擊穿,從而出現放電現象。
為了驗證我的分析是否正确,我便去查了資料,看見了避雷針保護高壓設備的原理(尖端放電),便證實了我的猜想。
在我們日常生活中,打火爐、打火機以及沼氣燈的點燃裝置等均是這個原理。我再觀察、實驗和分析中,逐漸認識了摩擦起電和尖端放電,更讓我初步學會了科學觀擦和分析的方法,獲益匪淺。
附錄:實驗視頻(重點關注最後指尖相對的放電聲音,請調大音量請觀看本号視頻發布探究神奇指尖閃電)
作者:重慶市萬州上海中學高2019級16班 宋林會
指導教師:重慶市萬州上海中學 田傑
教師評語:該文作者通過對生活中靜電現象的觀察,進一步的設計實驗進行人體摩擦起電的研究,難能可貴的是,在研究過程中發現了神奇的指尖放電現象。其研究過程嚴密,實驗記錄精準,對研究過程中出現的新問題進一步的探究,利用高中物理尖端放電知識,獨創的從電容角度進行了分析。論證合理,結構嚴密。
該同學的探究過程體現了發現問題、實驗探究、發現新現象、邏輯推理等良好的科學習慣和方法。
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