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用静电将水“弄弯”

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关键概念

重力


引言

你有没有注意过,你的头发在干燥的天里会竖起来,或者如果你在黑暗中摩擦羊绒毛毯的两部分,它是如何产生火花的?这些都是由电引起的——它也以电流的形式通过电线在灯开关和插座后面流动。但是引起头发竖起来的电的形式,被称作静电,要弱得多(尽管如果你恰好碰到足够强的静电积累表面时,它会引起轻微的电击疼痛)。

由于静电比较弱,它也不能用来给灯泡或家用电器供电,但是你可以在房子周围用它做一些令人惊奇的事情。


背景

静电跟磁铁的作用原理类似。它可以产生正电荷或负电荷,吸引或排斥其他物体。

你有没有用气球或毛绒织物摩擦过你的头发,然后观察发生了什么?摩擦作用把你头发上一些自由的负电荷(来自原子中的电子)移动到了气球或织物的表面。这使得你(现在)带正电荷的头发吸引(现在)带更多负电荷的气球或织物的表面。并且像磁铁的同极一样,由于你的每根头发都带有少量的正电荷,它们将会彼此排斥,使你的头发更加蓬松!

水是两个氢原子和一个氧原子,也是由带电粒子构成的,两个氢原子各带一个正电荷。由于在水的液态形式下这些原子可以自由地到处游动,它容易被静电荷影响。


材料

· 三个小泡沫塑料杯子(或者,你可以用两个纸杯装水,用一个充了气的气球提供静电荷)

· 牙签

· 水

· 有干净干头发的人


准备工作

· 小心地把牙签的一半穿透一个泡沫塑料杯的底部。不要移除牙签——让它插在杯子中,确保当你把杯子灌满水的时候会有温和的小水流。

· 把这个杯子放在第二个泡沫塑料杯的正上方。

· 把上面的泡沫塑料杯(底部带牙签的)装满水,确保它会漏出稳定而细小的水流,流到下面的杯子里。


实验过程

· 观察水是如何从上面的杯子直接流到下面的杯子的。

· 将第三只泡沫塑料杯在某人干净的干头发上摩擦几秒钟以得到静电荷(你可以在头发开始互相远离时辨别出已经得到了静电荷)。

· 把这个带静电的杯子靠近水流,不要把它弄湿。

· 水流会发生什么变化?

· 现在把杯子从水流移开。水会怎么样?

· 另外: 用其他物体来做这个活动,比如纸杯,摩擦过你头发的气球或其他物体。什么能够使水流改变?什么不能?


观察和结果

当带静电荷的杯子靠近水流的时候,水流发生了什么变化?当你把带静电的杯子拿开后又发生了什么?你觉得为什么会发生这些?

当你在头发上摩擦泡沫塑料杯时,负电荷(电子)从头发移动到了杯子表面,使杯子带负电荷。从顶部杯子流出的水由混在一起的正负部分构成。但是当带负电荷的杯子接近水流时,水分子中带正电荷的部分(氢原子)被负电荷吸引,使整个水流向杯子移动。

为什么水没有被全部拉向一边贴在杯子表面呢?即使负电荷和正电荷之间的静电拉力很强,但是水在重力作用下仍然足够重而被拉下去了。所以当你把带电的杯子移开水流时,重力重新完全作用于水流并让水直接流下。


清理工作

把水倒出来并小心地移除牙签。你可以清洗并重复使用没有洞的泡沫塑料杯。


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