電的魔力

靜電

“電”（electricity）這個單詞起源于“電子”（electron）這個詞，“電子”是古希臘人給琥珀這種礦物起的名字。古希臘人發現，用羊皮摩擦過的琥珀能夠吸引如羽毛和木屑之類的輕小物體。17世紀末，人們發現玻璃也能帶電，只是它和琥珀的帶電方式不同。從那時起，科學家們就開始努力探索電的奧秘，其研究一直追溯至原子。在這一章里，你將會了解靜電，明白你在手上、衣服上、頭發上感覺到的微弱的電擊是產生于何處，閃電怎么形成。本章的實驗都是安全的，不過某些工具要在成年人的幫助下才能使用。

為什么有些東西會帶電？

特殊的力量

你需要準備：

● 1個氣球

● 一些碎紙屑

● 1面墻

● 水龍頭

● 1塊羊毛質的布料

游戲步驟：

1.把氣球吹大，用布料用力摩擦氣球表面。

2.將氣球靠近碎紙屑，但不要接觸到。

生了什么呢？

碎紙屑跳起來，并粘在氣球上了。

3.再用布摩擦氣球，并將球靠近墻。

發生了什么呢？

氣球貼在墻上了。

4.擰開水龍頭。再次摩擦氣球并將氣球靠近水流。

結果怎樣？

水流彎曲并跟隨氣球運動。

原因解答：

當我們用羊毛材料摩擦氣球時，氣球就會帶電，能夠像磁鐵一樣吸引物體。你還可以將氣球靠近自己的頭發，頭發會像被施了魔法一樣立起來。

為什么有的帶電物體吸引其他物體，而有些則排斥其他物體？

“浮動”的磁鐵

你需要準備：

● 2個氣球

●線

● 1塊羊毛布料

● 1張紙

試驗步驟：

1.吹大氣球。如圖所示，用繩子將氣球綁在一起。

2.用布分別摩擦兩個氣球。

3.捏住繩子中間，將兩個氣球提起，讓氣球垂向地面。

發生了什么呢？

兩個氣球互相排斥。

4.在氣球中間放一張紙。

發生了什么呢？

兩個氣球靠在一起。

原因解答：

同樣的物體擁有相同的電荷，并且同性電荷相斥，兩個氣球都帶有負電，所以相互排斥。那張紙有相同數量的電子和質子，不帶電，因此，紙張中的正電吸引了氣球中的負電。

會動的吸管

你需要準備

● 4根塑料吸管

● 1根玻璃棒

● 1塊羊毛布料

● 1張桌子

試驗步驟：

1.將兩根吸管平行放在桌子上，相距5厘米。

2.用布料摩擦另外兩根吸管，如圖所示，將其中一根放在前兩根之上，然后用第四根吸管接近這根吸管，先從左至右，再從右至左移動。注意不要接觸到這根吸管。

發生了什么呢？

放在兩根平行吸管上的吸管向前向后滾動，好像被第四根帶電吸管推動一樣。

3.用布料摩擦玻璃棒并重復這個試驗。

發生了什么呢？

吸管滾向玻璃棒。當你抽動玻璃棒時，吸管跟隨其運動。

原因解答

塑料吸管帶負電，而用布料摩擦過的玻璃棒帶正電。帶有相同性質電荷的塑料吸管相互排斥，而帶有相反性質電荷的玻璃和塑料吸管相互吸引。

魔棒

你需要準備：

● 1根吸管

● 1張正方形的薄紙

● 1根牙簽

● 1塊羊毛布料

● 1塊橡皮

● 1把剪刀

游戲步驟：

1.將紙對折成4個相等的正方形，并按圖示裁剪折過的紙。打開后就得到一顆星星。

2.將牙簽插在橡皮上，然后把星星的中心放在牙簽的頂端。

3.用布料摩擦吸管，之后拿著吸管在星星上轉動，就好像在畫圈圈。

發生了什么呢？

星星跟著吸管轉動。

原因解答：

用羊毛摩擦吸管會使吸管帶負電，所以吸管可以吸引紙張的正電。這就是為什么星星會跟隨吸管轉動的原因。

確定電性

如何確定物體中的電荷的性質？

你需要準備：

● 不同材質的待測物體（塑料、金屬、木材、紙張）

● 1支塑料筆

● 1根玻璃棒

● 1段繩子

● 1塊棉布

● 1塊絲綢

● 1塊羊毛布料

● 1塊皮毛

游戲步驟：

1.將塑料筆和玻璃棒如圖中所示分別用繩子系在棍子上，兩者之間保持一定距離。

2.用布料摩擦塑料筆和玻璃棒。

3.用布料摩擦每一塊待測實驗物品，之后將它們分別靠近塑料筆和玻璃棒。

發生了什么呢？

每一件物品都因為摩擦而帶電，這些物品會排斥或者吸引帶電的塑料筆和玻璃棒。

原因解答：

已知塑料筆帶負電，玻璃棒帶正電。根據同性相斥，異性相吸的原理，我們可以知道吸引塑料筆而排斥玻璃棒的物體帶正電，反之則帶負電。

制做驗電器

你需要準備：

● 1個玻璃瓶

● 1個合適的木塞，用來封瓶口

● 1段鐵絲

● 1片錫紙

● 1個玻璃棒和一個塑料棒

● 1塊羊毛布料

注意：一旦試驗開始，不要用手接觸鐵絲，以免電荷流失。

游戲步驟：

1.將鐵絲穿過瓶塞，上下各留出一部分，將瓶塞下部的鐵絲彎曲，如右圖所示。

2.將錫紙對折，并將其掛在鐵絲的末端，然后用木塞封住瓶子。

3.用羊毛布料摩擦塑料棒，然后使塑料棒接觸鐵絲上端。

發生了什么呢？

對折的錫紙的“兩翼”展開了。

4.用羊毛布料摩擦玻璃棒使其帶電，然后用玻璃棒接觸鐵絲頂端。

發生了什么呢？

錫紙的“兩翼”閉合了。

原因解答：

塑料和鐵絲接觸時，塑料中的負電荷通過鐵絲傳到了錫紙的兩片葉子上。因為兩片葉子都獲得了負電荷，所以它們相互排斥。當你再用玻璃棒靠近錫紙時，玻璃的正電荷中和了負電荷，葉子就合起來了。如果先用玻璃棒接觸鐵絲，然后用塑料棒中和，也會出現同樣的效果（兩者都帶電）。

這樣你就做成了一個驗電器，它可以用來檢測正負電荷。你可以重復實驗，先通過接觸塑料或玻璃棒使驗電器帶負電或正電，接著測試通過摩擦而帶電的不同材質的物體。當錫紙閉合時，物體帶正電荷，反之，則帶負電荷。

閃電是什么？

人造閃電

你需要準備：

● 1個足夠大的平底鐵盤

● 1大塊橡皮泥

● 1塊塑料布

● 1個硬幣

● 1間黑暗的房間

游戲步驟：

1.將橡皮泥捏軟，并將其粘在盤子中央。橡皮泥要粘得很緊，以便抬起鐵盤時仍能粘住。

2.將盤子放在塑料布上，然后握住橡皮泥，用力在塑料布上轉圈摩擦盤子約1分鐘。

3.抓住橡皮泥，提起盤子。注意手不要碰到盤子。

4.在黑暗的房間內，用硬幣接近鐵盤的一角。

發生了什么呢？

硬幣和鐵盤接觸時會產生火花。

原因解答

鐵盤子在塑料布上摩擦后帶負電。當你把硬幣靠近盤子時，多出的電荷會通過空氣迅速地傳到硬幣上，再傳到你手上（你會感到輕微的電擊）。電荷在空氣中傳遞表現為火花，這個實驗實際上制造了微型的閃電現象。

電流

電的另一個特性就是流動，電能夠在事先設計好的線路——電路——中流動。但電是如何從一個物體中移動到另一個物體中的？什么是閉合線路？用什么材料可以做成電路？電可以流過任何物體嗎？我們為什么把點亮燈泡的能量叫做電流？在接下來的實驗中，通過使用簡單的電池，你將了解人們是如何控制電這種威力無比同時又非常危險的力量供日常使用的。

電流是如何產生的？

電路

你需要準備：

● 1個4．5伏電池

● 2條絕緣電線（有塑料皮包裹的）

● 1個小燈泡

● 1把鋼絲鉗

游戲步驟：

1.用鋼絲鉗剝掉電兩端的塑料皮（請位成年人幫你）。注意不要剪到金屬線。

2.如左圖所示，將兩條電線的裸露部分擰在電池

的兩觸點上。

3.如右圖所示，將兩條電線的另外一端放在燈泡上，一

條電線要接觸螺旋燈口底端的電觸點，另一條則要接觸燈泡螺旋燈口的側面。

發生了什么呢？

燈泡亮了。

原因解答：

我們看到的傳到燈泡的能量就是電流——電池產生的流動的電荷，通過電線傳給燈泡。這一路線就叫電路。

連續的線路

你需要準備：

● 1個4．5伏的電池

● 3根絕緣電線

● 1個小燈泡

● 鋼絲鉗

● 1個燈座

游戲步驟：

1.請一位成年人幫你將絕緣電線兩端的塑料剝掉（小心不要剪到

2.將燈泡放在燈座上，這樣就不用用手扶著燈泡了。

3.如右圖所示，將電池、電線和燈泡連接起來。

4.將兩條電線裸露部分相連，之后再分開。

發生了什么呢？

當電線相連時，燈泡亮；當電線分開時，燈泡不亮。

原因解答：

電路（電流從電池流出的路徑）必須在連接的時候才能工作。如果電路斷開，電流就不能通過。

電能否在所有物質中流動？

電導體

你需要準備：

● 1個4．5伏的電池

● 帶燈座的5伏燈泡

● 3條絕緣電線（同上兩個實驗一樣，電線兩端銅線露出）

● 2個金屬質托架

● 2個螺絲

● 1塊木板

● 一些待測物品：1個釘子、1塊橡膠、1根牙簽、1張錫紙、1個玻璃棒、1根皮革質鞋帶、1根吸管

游戲步驟：

1.將兩個金屬托架固定在木板上，彼此相距2厘米。

2.如圖所示，將燈座放在托架旁邊，然后用三條電線將電池、燈座和托架連接起來。

3.將待測物品分別放在托架上。

發生了什么呢？

放在托架上的釘子和錫紙可以使燈泡發光，而其他的物品則不行。

原因解答：

只有當金屬質的物品放在托架上時燈泡才會亮。金屬物品使電路閉合，電流便能夠通過。橡膠、木頭、玻璃和皮革質鞋帶都是絕緣體，這意味著這些物質的電荷被封住了，不能向外逃逸，因此阻礙電流通過。這些絕緣體可以保護我們不受電擊。比如電線外面包裹的塑料皮，它讓我們能夠接觸電線而不用擔心被電擊。

獲取暢通電路

你需要準備：

● 1張硬紙板

● 1張紙

● 10個銅制裝訂扣

● 1段電線

● 1把鋼絲鉗

● 1個4．5伏的電池

● 1個帶燈座的燈泡

● 1瓶膠水

● 1支鉛筆

● 1把剪刀

游戲步驟：

1.從紙中剪出10個長方形，然后在上面寫下5個國家及其首都

順序貼在硬紙板上。

2.在硬紙板上每個名字旁邊打一個孔，將裝訂扣固定在孔上。

3.請一位成年人幫你剪5段電線，并露出電線末端的銅絲。在硬紙板的背面，用這些電線將國家和首都的名字按正確的順序相連——將電線與裝訂扣后端的扣片相連。

4.用另一根電線，將一端與電池一極相連，另一端連接燈座的一個接線端。然后再取兩

根電線，一根連接電池的另一極，一根連接燈座的另一個接線端——這兩根電線的末端都不連接任何物品。

5.請一個朋友用兩

根電線空出的一端分別連接國家的名稱和其首都的正確名稱，并試著正確的匹配。

發生了什么呢？

如果匹配正確，燈泡就會亮。

如果匹配錯誤，燈泡就不亮。

原因解答：

裝訂扣由黃銅制成，是導體。如果將紙板后對應的裝訂扣相連，電路就閉合，電流可以通過，燈泡就會亮。如果國家和首都名稱搭配不對，電路仍然是斷開的，所以燈泡不能發光。

水能導電嗎？

不同的反應

你需要準備：

● 1個玻璃或者塑料

● 2個接線端（夾子

● 電線

● 1個4．5伏的電池

● 1個燈泡

● 蒸餾水

●鹽

● 鋼絲鉗

游戲步驟：

1.將蒸餾水倒入容器。

2.請一位成年人幫你剪3段電線，剝掉末端塑料。然后把其中兩根電線的一端分別接在電池的兩極上，其中一根的另一端連接接線夾子。第三根電線的一端連接另一個接線夾子。

3.把接線夾子夾在容器兩端，接觸到水。

4.將兩根電線空出的兩端接在燈泡上，一根接觸燈口底端，一根接觸燈口的側面。

發生了什么呢？

燈泡沒亮。

5.在水中加些鹽。重新連接線路。

發生了什么呢？

燈泡亮了。

原因解答：

蒸餾水是絕緣體，阻礙電荷自由流動。但是如果加入鹽就變成了導體。當鹽溶解后，其粒子帶電，使電池和接線端的電荷相通，電路閉合，電就可以通過了。

為什么電池的安放方法很重要？

注意電池上的標志

你需要準備：

● 2節1．5伏電池

● 1個小燈泡

● 2根末端裸露的電線

● 1根尺子

● 膠帶

游戲步驟：

1.用膠帶將電池綁在尺子上，讓電池的正極（有“+”標識）對著另一節電池的負極（有“-”標識）。

2.用膠帶將兩根電線的一端分別粘在電池兩端。對接電池，然后將兩根電線的另一端連接燈泡，如左上圖。

發生了什么呢？

燈泡亮了。

3.現在掉轉電池，使兩節電池的正極相接觸。

4.重新連接線路，然后用電線接觸燈泡。如左圖。

發生了什么呢？

燈泡不亮。

原因解答：

電子從負極不斷地流向正極，從而產生電流。當兩節電池相接時，電子同樣可以從一節電池的負極流向另一節電池的正極。如果電子都從負極流出，電子的流動方向相反，電流就無法流動。這就是為什么你把手電或玩具的電池裝反了，手電就不會亮，玩具就不能玩的原因。