物理趣味创意实验100个pdf版本(探究神奇的指尖闪电)(1)

电是一种神奇的力量,它在我们生活中无处不在。早上用梳子梳头,总能听见“哧哧”的响声。头发还总是“离不开”梳子。但是,究竟是何种神奇的力量把头发深深吸引?

原来,当梳头的时候,头发留住电子的能力不如塑料强,它的电子会被塑料带走,电子带负电,塑料也就显负电性,而头发失去电子,就显了正电性,就如数学算数一般,零减去负数后就为正,最后这一正一负就有了一个吸引力(异性相吸),这吸引力就是静电力。

但我又想,头发和塑料都是绝缘体,可以产生静电。而人是导体,产生的静电是不是更强呢?为了验证我的观点,我便进行了实验。

物理趣味创意实验100个pdf版本(探究神奇的指尖闪电)(2)

摩擦对象

摩擦后触碰位置

现象

结论

两个人的手掌

两人指尖

并无触电感觉

无静电

背靠背

两人手掌

无太大触电感觉

有弱放电感

背靠背

两人指尖

有很强的触电感应

切能听见“哧”一声,暗室中会看见闪光

有强放电感

(注:除列表中所列变量外,其余摩擦时间、速度等因素几乎相同)

(具体实验视频,请见附件)

通过实验我发现,两个人摩擦有了不同的结果。会不会是因为两手摩擦是真正的人体与人体的摩擦,而背靠背是衣服和衣服摩擦呢?于是我便进行了深入的研究。

接着,我便开始寻找我和我父亲的衣服的材料。我了解到衣服是混有纤维的。然而衣服表皮的里面还夹杂着羽毛,羽毛和纤维都是绝缘体。我想,如果是衣服和衣服摩擦,那应该是衣服带电,羽毛是绝缘体,也就是说衣服的负电是无法传向手指的,那么手指又是如何带电的呢?

于是我便猜想是人体和衣服摩擦起电。纤维和塑料一样是可以留住电子的,而人体则失去了电子,也就带了正电。而我的父亲由于没有动,只是为我提供了一个摩擦的对象,所以所带的电荷不如我多(或不带电)。所以,在我的跳动中,我的衣服和我的皮肤不断摩擦。我整个人体就带有了较多的静电,这时我相对于父亲来说的一个高电势,我和父亲形成了电势差,所以我和父亲接触时便产生了放电现象。

为了避免实验的偶然性,我又增加了一个实验:用木梳梳头,我发现头发并没有被木梳吸引。但是我们用塑料梳子梳头,梳子确吸引了头发。

通过以上所有的实验,我发现能产生静电的摩擦都有以下几个共性:

1、 相互摩擦的两物体束缚电子的能力不同

2、 电子转移后要聚集在表面而不被传导走。

3、 相互摩擦的两物体形成电势差。

通过以上分析也就对我导体与导体摩擦可以起电的观点进行了否定。同时也证明了不是因为衣服和衣服摩擦而使人体带的电。

上一个问题解决,新的问题又来了,为什么同样是背靠背摩擦后我的手带了电,为什么手掌相对和指尖相对却有不同的结果呢?

请看下图,暗室中指尖相对,发现了强烈的指尖闪电,手指有强烈的触电感。

物理趣味创意实验100个pdf版本(探究神奇的指尖闪电)(3)

(黑暗房间拍摄)

经过深层次的思考和分析,我认为是手指比手掌更尖的缘故。因为更尖,所以手指尖端就聚集了更多的电荷,即电荷的密度更大。而两个人的衣服如梳子和头发一样,留住电子的能力不同,所以聚集到指尖的电荷数量也就不同。实验中我的手指带有静电,但父亲手指不带电电势为0,所以我和父亲手指间就存在较高的电势差,此时两根手指就可以看成带有电容器的两个极板。根据

C=εrS/4πKd

可知,由于指尖相对面积小,即“电容器两极的正对面积很小”,所以电容就很小。又由Q=CU 可知,C很小,而电荷量Q很大,所以,两手指尖就产生了教大电场强度,手指电容就会被击穿,从而出现放电现象。

物理趣味创意实验100个pdf版本(探究神奇的指尖闪电)(4)

为了验证我的分析是否正确,我便去查了资料,看见了避雷针保护高压设备的原理(尖端放电),便证实了我的猜想。

在我们日常生活中,打火炉、打火机以及沼气灯的点燃装置等均是这个原理。我再观察、实验和分析中,逐渐认识了摩擦起电和尖端放电,更让我初步学会了科学观擦和分析的方法,获益匪浅。

物理趣味创意实验100个pdf版本(探究神奇的指尖闪电)(5)

附录:实验视频(重点关注最后指尖相对的放电声音,请调大音量请观看本号视频发布探究神奇指尖闪电)

作者:重庆市万州上海中学高2019级16班 宋林会

指导教师:重庆市万州上海中学 田杰

教师评语:该文作者通过对生活中静电现象的观察,进一步的设计实验进行人体摩擦起电的研究,难能可贵的是,在研究过程中发现了神奇的指尖放电现象。其研究过程严密,实验记录精准,对研究过程中出现的新问题进一步的探究,利用高中物理尖端放电知识,独创的从电容角度进行了分析。论证合理,结构严密。

该同学的探究过程体现了发现问题、实验探究、发现新现象、逻辑推理等良好的科学习惯和方法。

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