科学实验:会「跳舞」的纸屑——认识摩擦起电与静电

一、生活里的静电现象

冬天脱毛衣的时候,你有没有听到过「噼里啪啦」的声音,甚至在黑暗里看到小火花?用塑料梳子梳头,头发会跟着梳子「飘」起来;手碰到门把手,有时会「啪」地麻一下。这些现象背后,都藏着同一位看不见的「魔法师」——静电。

静电并不神秘,它就在我们身边。今天我们就用一个简单的实验,亲眼看看静电长什么样子。

二、实验材料与步骤

材料:一把塑料尺(或一支塑料笔杆、一个吹好的气球)、一块干毛巾或自己的头发、一张白纸、一把剪刀。

步骤

  1. 用剪刀把白纸剪成许多芝麻粒大小的碎纸屑,撒在桌面上;
  2. 把塑料尺在干毛巾上(或者在自己头发上)快速来回摩擦 20~30 次;
  3. 把摩擦过的塑料尺慢慢靠近纸屑,保持 1~2 厘米的距离,仔细观察;
  4. 你看到了什么?纸屑被吸到尺子上,有的刚贴上又被弹开,跳来跳去,就像在跳舞!

如果家里有气球,把气球在头发上蹭几下,再靠近纸屑,效果会更明显。

三、原理揭秘:摩擦起电

为什么摩擦过的塑料尺能吸起纸屑呢?原来,一切物体都是由原子构成的,原子里面有带正电的质子和带负电的电子。平时正负电荷数量相等,物体不带电;当塑料尺和毛巾(或头发)摩擦时,电子会「搬家」——塑料尺从毛巾那里「抢」来了多余的电子,于是塑料尺带了负电。

带电的物体有一个本领:能吸引轻小的物体。纸屑又轻又小,自然就被吸上去了。那纸屑为什么又会弹开呢?因为纸屑碰到尺子后,也带上了和尺子相同的负电荷,而同种电荷互相排斥,于是纸屑又被「推」了回去;落下来后再次被吸,就这样吸上去、弹开来,看起来就像在跳舞。

科学上把这种通过摩擦使物体带电的现象叫作摩擦起电。物体带的电不流动、停留在表面,就叫静电

四、静电的本领

静电不只会捣乱,还帮了人类很多忙:

  • 静电复印机:复印机先让硒鼓带上静电,再用光把需要复印的图案「写」上去,带电的墨粉只粘在有图案的地方,一加热就印到纸上,又快又清晰;
  • 静电除尘器:工厂烟囱里的灰尘经过高压电场时会带上电荷,被带相反电荷的集尘板牢牢吸住,让排出的烟更干净;
  • 静电植绒:把绒毛放进电场里,绒毛会齐刷刷地竖起来并粘在胶面上,做成漂亮的绒布和贺卡;
  • 闪电:云层摩擦带电,积累到一定程度就会放电,形成壮观的闪电。

不过静电也有危险:加油站里严禁使用塑料桶装汽油,油罐车后面都拖着一条铁链拖到地面,就是为了把静电及时导走,防止火花引燃油气。

五、思考练习

  1. 摩擦过的塑料尺能吸起纸屑,说明它带了什么?纸屑吸上去又弹开,说明什么道理? 参考答案:说明塑料尺带了电(静电);纸屑与尺子带上同种电荷后互相排斥,所以弹开。
  2. 夏天空气潮湿时,静电实验常常失败,你猜是为什么? 参考答案:潮湿空气中水分子多,电荷会顺着水汽悄悄「溜走」(被传导或中和),物体不容易长期带电。
  3. 判断对错:同种电荷互相吸引,异种电荷互相排斥。 参考答案:错,正好相反——同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。

小提醒:做完实验记得把碎纸屑收拾干净,用湿抹布擦一擦桌面,静电就消失啦。