目 錄 摘 要. P. 1 壹 研 究 動 機. P. 2 貳 研 究 目 的. P. 2 實 驗 研 究 流 程 圖. P. 3 參 研 究 設 備 及 器 材. P. 4 一 帶 靜 電 的 氣 球. P. 4 二 帶 靜 電 的 吸 管. P. 5 肆 研 究 過 程 或 方 法. P. 6

彰化縣 101 年 第 52 屆中小學科學展覽會 作品說明書 科 別 物 理 科 組 別 國 小 組 作品名稱 探討摩擦產生靜電的強度 與靜電吸附微粒的能力 關 鍵 詞 摩擦靜電感應 塑膠 吸附力 編 號 0

目 錄 摘 要. P. 1 壹 研 究 動 機. P. 2 貳 研 究 目 的. P. 2 實 驗 研 究 流 程 圖. P. 3 參 研 究 設 備 及 器 材. P. 4 一 帶 靜 電 的 氣 球. P. 4 二 帶 靜 電 的 吸 管. P. 5 肆 研 究 過 程 或 方 法. P. 6 一 摩 擦 生 電 與 靜 電 感 應 的 原 理 說 明. P. 6 二 設 計 檢 驗 氣 球 是 否 帶 靜 電 與 靜 電 感 應 強 度 的 小 遊 戲. P. 7 ( 一 ) 實 驗 一 : 愛 的 吸 引 力. P. 7 ( 二 ) 實 驗 二 : 魔 髮 造 型 秀. P. 8 ( 三 ) 實 驗 三 : 吸 塵 大 法. P. 9 ( 四 ) 實 驗 四 : 會 跳 舞 的 章 魚..... P. 10 三 設 計 帶 靜 電 的 吸 管 運 用 靜 電 感 應 的 小 活 動.... P.12 ( 一 ) 實 驗 五 : 魔 力 旋 轉.... P.12 ( 二 ) 實 驗 六 : 促 進 健 康 小 工 具. P.13 伍 研 究 結 果. P. 14 一 摩 擦 方 向 要 同 方 向, 是 本 次 報 告 中, 所 有 實 驗 中 的 控 制 變 因... P. 14 二 在 天 氣 好 且 高 溫 乾 燥 時, 靜 電 反 應 的 效 果 十 分 明 顯... P. 14 三 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 兩 顆 氣 球 的 相 斥 現 象 就 越 明 顯. P. 15 四 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 氣 球 停 留 在 頭 髮 上 的 時 間 越 久. P. 16 五 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 粉 筆 灰 附 著 得 越 密 集. P. 17 六 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 章 魚 腳 張 開 的 直 徑 越 大. P. 18 七 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 吸 管 間 彈 開 的 距 離 越 遠. P. 19 八 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 吸 管 吸 附 蝦 條 調 味 料 的 量 越 多. P. 20 陸 討 論. P. 21 一 主 要 實 驗 器 材 的 選 擇, 與 設 計 重 點. P. 21 二 靜 電 實 驗 的 測 量 方 式. P. 22 柒 結 論. P. 24 捌 參 考 資 料. P. 25 0

摘 要 由 於 電 與 磁 看 不 見 摸 不 著, 在 自 然 課 中, 屬 於 較 抽 象 的 部 份, 所 以, 本 組 在 此 次 的 實 驗 設 計 中, 利 用 日 常 生 活 中 容 易 取 得 的 氣 球 與 吸 管 當 實 驗 器 材, 採 用 活 動 的 方 式, 將 靜 電 感 應 具 體 化, 藉 由 各 種 有 趣 且 實 用 的 實 驗 遊 戲, 體 驗 靜 電 感 應 在 兩 絕 緣 體 間 相 吸 與 相 斥 的 反 應, 以 及 吸 附 微 粒 的 效 用, 在 寓 教 於 樂 中 玩 出 摩 擦 生 電 後 的 靜 電 感 應, 並 兼 顧 環 保, 引 發 惜 物 之 情 本 活 動 採 合 作 學 習 方 式, 讓 組 員 互 相 激 盪 想 法, 透 過 分 工 合 作 增 強 組 員 情 感 並 分 享 心 得 1

壹 研 究 動 機 在 本 組 開 會 前 幾 天, 適 逢 學 校 舉 辦 校 慶 園 遊 會, 當 時 全 班 正 玩 著 氣 球 遊 戲 時, 其 中 一 位 組 員 手 上 的 氣 球 摩 擦 到 班 上 同 學 身 上 的 毛 線 衣 後, 不 小 心 掉 了, 被 另 一 位 組 員 踢 高, 氣 球 竟 然 貼 上 了 黑 板, 而 維 持 了 好 幾 分 鐘 沒 掉 下 來, 組 員 們 都 大 呼 神 奇, 拿 下 氣 球 後, 又 發 現 氣 球 上 沾 了 不 少 粉 筆 灰, 到 底 是 什 麼 力 量 讓 氣 球 能 貼 在 黑 板? 又 能 吸 附 粉 筆 灰 呢? 引 起 本 組 組 員 們 的 好 奇 心, 決 定 一 探 究 竟 回 顧 三 年 級 自 然 課 中 的 單 元, 印 象 最 深 的 就 是 三 上 康 軒 版 (99) 自 然 與 生 活 科 技 第 一 冊, 第 二 單 元 - 奇 妙 的 磁 力, 老 師 也 在 課 堂 中 介 紹 過 摩 擦 生 電 的 現 象, 組 員 們 也 做 過 帶 靜 電 後 的 物 品 有 磁 性, 能 吸 附 頭 髮 或 小 紙 片, 所 以 確 立 了 本 組 的 實 驗 方 式, 將 以 探 討 摩 擦 氣 球 產 生 靜 電 的 強 度 與 靜 電 吸 附 微 粒 的 能 力 為 研 究 重 點 貳 研 究 目 的 一. 探 討 什 麼 是 摩 擦 生 電 與 靜 電 感 應 的 原 理? 二. 探 討 並 檢 驗 塑 膠 氣 球 摩 擦 後, 帶 電 的 現 象 三. 設 計 塑 膠 氣 球 靜 電 遊 戲 四. 探 討 靜 電 除 塵 的 效 能 五. 探 討 靜 電 應 用 於 生 活 上 的 好 處 2

摩 擦 生 靜 電 帶 靜 電 的 汽 球 帶 靜 電 的 吸 管 會 跳 舞 的 章 魚 吸 塵 大 法 魔 髮 造 型 秀 愛 的 吸 引 力 促 進 健 康 小 工 具 魔 力 旋 轉 本 實 驗 所 用 的 器 材, 具 備 以 下 特 色 1. 全 部 實 驗 器 材 可 回 收 再 利 用 2. 實 驗 設 計 都 可 成 為 科 學 小 遊 戲 3. 實 驗 結 果 可 運 用 至 生 活 中 4. 將 靜 電 與 磁 性 反 應 的 抽 象 觀 念 具 體 化 圖 1 實 驗 研 究 流 程 圖 3

參 研 究 設 備 及 器 材 一 帶 靜 電 的 氣 球 實 驗 器 材 圖 2-1 長 氣 球 圖 2-2 圓 氣 球 圖 2-3 打 氣 筒 圖 2-4 毛 巾 圖 2-5 毛 衣 圖 2-6 衛 生 紙 圖 2-7 頭 髮 圖 2-8 紙 棒 圖 2-9 粉 筆 灰 圖 2-10 塑 膠 繩 圖 2-11 麥 克 筆 和 鐵 尺 圖 2-12 小 刷 子 4

二 帶 靜 電 的 吸 管 實 驗 器 材 圖 2-13 粗 吸 管 圖 2-14 蝦 條 圖 2-15 衛 生 紙 圖 2-16 細 吸 管 圖 2-17 調 味 粉 圖 2-18 餐 巾 紙 圖 2-19 玻 璃 杯 圖 2-20 紅 色 簽 字 筆 圖 2-21 軟 尺 圖 2-22 膚 色 膠 帶 圖 2-23 黑 色 簽 字 筆 5

一 摩 擦 生 電 與 靜 電 感 應 的 原 理 說 明 : 肆 研 究 過 程 或 方 法 靜 電, 是 一 種 接 觸 起 電 效 應, 兩 種 不 同 的 物 質, 經 過 接 觸 摩 擦 分 開, 這 三 道 程 序 後, 會 從 原 本 中 性, 變 為 帶 電 體 ; 在 接 觸 與 摩 擦 時, 其 中 一 種 物 質 會 失 去 電 子 帶 有 正 電, 另 外 一 種 物 質 會 得 到 同 樣 大 小 的 電 子, 而 帶 負 電, 之 後 在 分 離 的 過 程 中, 正 負 電 荷 分 別 積 累 在 不 同 的 物 體 上, 就 會 產 生 靜 電 摩 擦 兩 種 不 導 電 物 體 會 生 成 大 量 的 靜 電 例 如, 橡 膠 塑 膠 玻 璃 等 等, 都 是 很 優 良 的 起 電 材 料 當 帶 正 電 或 負 電 的 物 體 接 近 其 他 物 體 時, 使 該 物 體 產 生 正 負 電 荷 分 離 的 現 象, 稱 為 靜 電 感 應, 如 果 兩 種 不 同 物 體, 帶 有 同 類 電 荷 的 兩 個 物 體 便 會 互 相 排 斥, 如 果 是 帶 不 同 電 荷 的 兩 個 物 體 便 會 互 相 吸 引, 此 即 類 似 磁 鐵 中 同 性 相 斥 即 (++) 或 (--) 會 排 斥, 異 性 相 吸 即 (+-) 或 (-+) 會 相 吸 例 如, 用 毛 衣 摩 擦 塑 膠 氣 球, 氣 球 就 得 到 負 電 荷, 將 這 氣 球 拿 到 一 座 牆 壁 附 近, 牆 壁 的 自 由 電 子 會 被 氣 球 的 負 電 荷 排 斥, 剩 下 正 電 荷 由 於 塑 膠 氣 球 的 負 電 荷 不 容 易 移 動, 不 會 與 牆 壁 的 正 電 荷 中 和, 氣 球 就 會 黏 在 牆 壁 上 ( 如 圖 3), 這 就 是 靜 電 感 應 本 組 組 員 共 同 討 論 出 對 此 現 象 曾 有 過 的 經 驗, 歸 納 如 下 : ( 一 ) 乾 燥 的 冬 天, 脫 下 毛 衣 時, 常 會 出 現 劈 啪 作 響 聲 ( 二 ) 乾 燥 的 冬 天, 身 上 穿 著 毛 線 衣 時, 開 門 有 時 會 被 門 電 到 ( 三 ) 用 塑 膠 梳 子 梳 頭 時, 頭 髮 會 黏 在 梳 子 上 ( 四 ) 用 毛 巾 摩 擦 塑 膠 尺 後, 塑 膠 尺 可 以 吸 引 小 紙 片 ( 五 ) 拆 除 衛 生 竹 筷 的 塑 膠 包 裝 時, 塑 膠 袋 會 吸 附 在 手 上 ( 六 ) 關 閉 電 視 時, 若 頭 髮 太 靠 近 電 視 會 被 吸 引 由 以 上 可 知, 生 活 中 有 很 多 現 象 都 可 以 發 現 靜 電 的 存 在 圖 3 塑 膠 氣 球 與 毛 衣 摩 擦 後, 氣 球 上 帶 著 負 電 荷, 再 靠 近 牆 壁, 就 被 吸 引 了 6

二 設 計 檢 驗 氣 球 是 否 帶 靜 電 與 靜 電 感 應 強 度 的 小 遊 戲 : ( 一 ) 實 驗 一 : 愛 的 吸 引 力, 步 驟 如 下 : 1. 以 打 氣 筒 充 灌 兩 顆 圓 型 塑 膠 氣 球 並 綁 緊 開 口 2. 在 圓 型 塑 膠 氣 球 上 以 麥 克 筆 畫 上 可 愛 的 臉 部 表 情 3. 在 塑 膠 氣 球 的 開 口 處 分 別 綁 上 一 段 長 細 繩 4. 將 兩 顆 塑 膠 氣 球 分 別 在 有 畫 上 表 情 的 地 方, 以 衛 生 紙, 依 同 方 向 摩 擦 表 面 20 下 5. 將 兩 顆 塑 膠 氣 球 拉 起 細 繩 吊 高 後, 將 其 中 一 顆 固 定 不 動, 另 一 顆 以 有 畫 表 情 的 一 面, 從 30 公 分 處, 漸 漸 靠 近, 至 相 距 一 公 分 處 6. 觀 察 靠 近 的 那 顆 氣 球 從 面 對 面 到 轉 身 成 背 對 背 的 時 間, 並 做 記 錄 7. 之 後 再 重 複 步 驟 4~ 步 驟 6, 以 30 下 40 下,50 下, 不 同 的 摩 擦 次 數 重 做 實 驗 圖 4-1 將 氣 球 套 上 打 氣 筒 圖 4-2 以 打 氣 筒 打 氣 圖 4-3 彩 繪 汽 球 表 情 圖 4-7 將 氣 球 面 對 面 靠 近, 至 相 距 一 公 分 時, 觀 察 變 化 圖 4-4 綁 上 長 細 繩 圖 4-6 要 同 一 時 間 一 起 摩 擦 相 同 次 數 7 圖 4-5 摩 擦 氣 球 表 面

注 意 事 項 : 1. 塑 膠 氣 球 不 可 用 嘴 吹 氣, 防 止 濕 氣 進 入 氣 球 2. 實 驗 場 所 要 無 風 干 擾 3. 兩 顆 塑 膠 氣 球 要 同 方 向, 同 時 磨 擦, 並 摩 擦 同 次 數 4. 摩 擦 好 的 塑 膠 氣 球 不 可 被 身 體 或 衣 物 碰 觸, 要 直 接 做 實 驗 5. 做 完 一 次 實 驗 後, 要 先 碰 觸 身 體, 利 用 身 體 的 導 電 特 性 將 塑 膠 氣 球 轉 成 電 中 性, 再 做 下 一 次 的 實 驗 表 1 塑 膠 氣 球 摩 擦 衛 生 紙 次 數 與 靜 電 力 影 響 汽 球 轉 身 時 間 統 計 表 橘 vs 粉 紅 (s) 粉 紅 vs 綠 (s) 綠 vs 橘 (s) 摩 擦 20 下 11 12 10 摩 擦 30 下 7 9 8 摩 擦 40 下 6 7 5 摩 擦 50 下 5 3 4 ( 二 ) 實 驗 二 : 魔 髮 造 型 秀, 步 驟 如 下 : 1. 以 打 氣 筒 充 灌 三 顆 圓 型 塑 膠 氣 球 並 綁 緊 開 口 2. 將 三 顆 塑 膠 氣 球 分 別 以 毛 巾, 依 同 方 向 摩 擦 表 面 20 下 3. 將 三 顆 塑 膠 氣 球 同 時 放 在 同 一 位 組 員 的 頭 髮 上 4. 觀 察 三 顆 汽 球 停 留 在 頭 髮 上 的 時 間, 並 做 記 錄 5. 之 後 再 重 複 步 驟 2~ 步 驟 4, 以 30 下 40 下,50 下, 不 同 的 摩 擦 次 數 重 做 實 驗 表 2 塑 膠 氣 球 摩 擦 毛 巾 次 數 與 靜 電 力 影 響 汽 球 停 留 在 頭 髮 上 的 時 間 統 計 表 粉 紅 (s) 綠 (s) 橘 (s) 摩 擦 20 下 5 6 5 摩 擦 30 下 10 13 11 摩 擦 40 下 18 16 17 摩 擦 50 下 25 30 41 8

( 三 ) 實 驗 三 : 吸 塵 大 法, 步 驟 如 下 : 1. 以 打 氣 筒 充 灌 一 顆 長 型 塑 膠 氣 球, 並 綁 緊 開 口 2. 在 長 氣 球 上 畫 上 1 3cm 長 方 形 3. 收 集 黑 板 板 溝 槽 的 粉 筆 灰 4. 將 長 型 塑 膠 氣 球 以 毛 衣 依 同 方 向 摩 擦 有 畫 上 長 方 形 的 表 面 20 下 5. 將 氣 球 放 置 在 粉 筆 灰 上 10 秒 後 拿 起 6. 觀 察 長 方 形 內 的 粉 筆 灰 附 著 情 形, 並 做 記 錄 7. 之 後 再 重 複 步 驟 4~ 步 驟 6, 以 30 下 40 下,50 下, 不 同 的 摩 擦 次 數 重 做 實 驗 圖 5-1 將 長 氣 球 打 氣 圖 5-2 在 長 氣 球 上 畫 上 1 3 長 方 形 圖 5-3 準 備 粉 筆 灰 圖 5-5 將 氣 球 放 置 在 粉 筆 灰 上 10 秒 後 拿 起 圖 5-4 長 氣 球 摩 擦 毛 衣 圖 5-6 觀 察 吸 塵 的 狀 況 將 氣 球 放 置 在 粉 筆 灰 上, 觀 察 吸 塵 的 狀 況 9

表 3 塑 膠 氣 球 摩 擦 毛 衣 次 數 與 靜 電 力 影 響 粉 筆 灰 附 著 於 汽 球 表 面 (1 3) 長 方 形 面 積 分 布 情 形 摩 擦 20 下 粉 筆 灰 附 著 於 汽 球 表 面 (1 3) 長 方 形 面 積 分 布 情 形 摩 擦 30 下 摩 擦 40 下 摩 擦 50 下 ( 四 ) 實 驗 四 : 會 跳 舞 的 章 魚, 步 驟 如 下 : 1. 取 一 段 塑 膠 繩, 在 上 方 打 結 2. 將 塑 膠 繩 的 下 方 撕 開 成 為 絲 狀, 製 作 出 塑 膠 章 魚 的 感 覺 3. 以 打 氣 筒 充 灌 一 顆 長 型 塑 膠 氣 球, 並 綁 緊 開 口 4. 分 別 將 塑 膠 章 魚 與 長 型 塑 膠 氣 球 在 組 員 的 頭 上 各 摩 擦 20 下 5. 將 塑 膠 章 魚 放 於 上 方, 長 型 塑 膠 氣 球 放 於 下 方, 兩 者 漸 漸 靠 近 6. 觀 察 塑 膠 章 魚 腳 張 開 的 情 形, 並 以 不 互 相 碰 觸 時, 章 魚 腳 能 張 開 的 最 大 直 徑 做 記 錄 7. 之 後 再 重 複 步 驟 4~ 步 驟 6, 以 30 下 40 下,50 下, 不 同 的 摩 擦 次 數 重 做 實 驗 10

製 作 塑 膠 章 魚 圖 6-1 塑 膠 繩 上 方 先 打 結 圖 6-2 撕 開 章 魚 腳 圖 6-3 塑 膠 章 魚 完 成 摩 擦 頭 髮 生 靜 電 表 4 塑 膠 章 魚 腳 張 開 的 最 大 直 徑 統 計 表 圖 6-4 打 好 氣 的 氣 球 摩 擦 頭 髮 圖 6-5 將 塑 膠 章 魚 摩 擦 頭 髮 直 徑 (cm) 摩 擦 20 下 19 摩 擦 30 下 22 摩 擦 40 下 25 摩 擦 50 下 27 章 魚 跳 舞 了! 1. 2. 3. 4. 圖 6-6 預 備 圖 6-7 張 開 部 份 圖 6-8 張 開 得 更 多 圖 6-9 跳 起 舞 了 11

三 設 計 帶 靜 電 的 吸 管 運 用 靜 電 感 應 的 小 活 動 : ( 一 ) 實 驗 五 : 魔 力 旋 轉, 步 驟 如 下 : 1. 取 玻 璃 杯 一 只 2. 取 膚 色 膠 帶 一 段, 將 玻 璃 杯 杯 口 圈 一 圈 3. 取 兩 枝 細 吸 管, 其 中 紅 色 吸 管 先 放 入 玻 璃 杯 中 4. 在 紅 色 吸 管 放 置 處, 用 黑 色 簽 字 筆 在 膠 帶 上 做 上 黑 色 記 號 5. 另 一 枝 橘 色 吸 管 用 餐 巾 紙 同 方 向 摩 擦 20 下 6. 將 橘 色 吸 管 垂 直 靠 近 玻 璃 杯 中 的 紅 色 吸 管, 注 意 不 要 讓 吸 管 互 相 碰 觸 到 7. 一 邊 靠 近 一 邊 觀 察 杯 中 原 本 靜 止 不 動 的 紅 色 吸 管 有 何 改 變 8. 當 紅 色 吸 管 移 動 時, 移 開 橘 色 吸 管, 並 用 紅 色 簽 字 筆 在 新 位 置 的 膠 帶 處, 畫 上 記 號 9. 用 軟 尺 量 黑 色 記 號 到 紅 色 記 號 的 距 離, 並 紀 錄 下 來 10. 再 將 紅 色 吸 管 放 回 黑 色 記 號 處 11. 重 複 步 驟 5~ 步 驟 10, 以 30 下 40 下,50 下, 不 同 的 摩 擦 次 數 重 做 實 驗 圖 7-1 在 玻 璃 杯 貼 上 膠 帶 圖 7-2 擺 上 紅 色 吸 管 並 做 記 號 圖 7-3 以 餐 巾 紙 摩 擦 橘 色 吸 管 表 5 塑 膠 吸 管 受 靜 電 感 應 移 動 距 離 統 計 表 移 動 距 離 (mm) 摩 擦 20 下 5 摩 擦 30 下 8 摩 擦 40 下 12 摩 擦 50 下 14 圖 7-5 以 軟 尺 測 量 移 動 距 離 圖 7-4 橘 色 吸 管 接 近 紅 色 吸 管 12

( 二 ) 實 驗 六 : 促 進 健 康 小 工 具, 步 驟 如 下 : 1. 取 蝦 條 一 包, 打 開 倒 於 紙 上 2. 取 粗 吸 管 一 支 3. 將 粗 吸 管 包 住 衛 生 紙, 依 同 方 向 摩 擦 30 下 4. 將 摩 擦 完 成 的 粗 吸 管 置 於 蝦 條 的 上 方 5. 觀 察 蝦 條 上 的 調 味 料 被 吸 引 至 吸 管 上 的 情 形, 並 做 記 錄 6. 重 複 步 驟 3~ 步 驟 5, 以 60 下 90 下, 不 同 的 摩 擦 次 數 重 做 實 驗 圖 8-1 倒 出 蝦 條 圖 8-2 以 衛 生 紙 摩 擦 粗 吸 管 圖 8-3 粗 吸 管 靠 近 蝦 條 表 6 塑 膠 粗 吸 管 摩 擦 衛 生 紙 次 數 與 靜 電 力 影 響 蝦 條 調 味 料 附 著 於 附 著 於 吸 管 上 的 分 布 情 形 摩 擦 30 下 蝦 條 調 味 料 附 著 於 吸 管 上 的 分 布 情 形 摩 擦 60 下 摩 擦 90 下 13

伍 研 究 結 果 一 摩 擦 方 向 要 同 方 向, 是 本 次 報 告 中, 所 有 實 驗 中 控 制 的 變 因 : 組 員 們 在 本 次 摩 擦 生 靜 電 的 各 項 實 驗 中 發 現, 不 論 摩 擦 塑 膠 氣 球 或 塑 膠 吸 管, 必 需 要 摩 擦 同 方 向 多 次, 靜 電 感 應 的 效 果 才 會 明 顯, 如 果 採 用 來 回 摩 擦 的 方 式, 則 實 驗 時 常 做 不 出 反 應, 而 失 敗, 因 此 特 別 在 每 個 實 驗 的 步 驟 中 註 明 摩 擦 方 向 要 同 方 向 原 因 到 底 為 何 呢? 根 據 本 組 搜 尋 物 理 相 關 資 料 與 共 同 討 論 後, 得 出 一 結 論 : 來 回 摩 擦 會 擾 亂 摩 擦 物 上 的 正 負 電 荷, 而 不 易 讓 同 性 電 荷 聚 集 在 塑 膠 類 的 製 品 上, 像 本 實 驗 在 氣 球 與 吸 管 上 都 是 採 接 觸 摩 擦 生 電, 就 有 如 此 的 情 形 發 生, 所 以 也 讓 組 員 學 習 到 摩 擦 生 電 的 摩 擦 方 向 要 保 持 同 方 向 二 在 天 氣 好 且 高 溫 乾 燥 時, 靜 電 反 應 的 效 果 十 分 明 顯 : 由 於 本 組 實 驗 的 地 點 位 於 地 下 室 的 教 室, 教 室 內 並 無 除 濕 設 備, 所 以 本 組 組 員 發 現, 當 室 內 溫 度 低 於 15 度, 且 又 陰 雨 天 時, 濕 氣 重, 靜 電 感 應 的 實 驗 效 果 不 佳, 甚 至 失 敗, 但 當 氣 溫 超 過 15 度 以 上, 且 連 日 都 是 晴 朗 好 天 氣 時, 做 每 項 靜 電 感 應 實 驗 時, 效 果 就 非 常 一 致 所 以 本 組 在 此 報 告 中 的 所 有 實 驗, 便 設 定 將 環 境 上 的 影 響 減 至 最 低, 全 都 選 在 下 午 一 點, 且 風 和 日 麗, 氣 溫 高 於 15 度 的 天 氣 進 行 實 驗 14

三 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 兩 顆 汽 球 的 相 斥 現 象 就 越 明 顯 : ( 一 ) 實 驗 一 : 愛 的 吸 引 力, 資 料 繪 製 成 之 曲 線 圖 : 靜 電 力 影 響 汽 球 轉 身 時 間 15 12 9 6 3 12 11 10 9 8 7 7 6 5 5 4 3 橘 vs 粉 紅 粉 紅 vs 綠 綠 vs 橘 ( s ) 0 摩 擦 20 下 摩 擦 30 下 摩 擦 40 下 摩 擦 50 下 塑 膠 氣 球 摩 擦 衛 生 紙 次 數 圖 9 塑 膠 氣 球 摩 擦 衛 生 紙 次 數 與 靜 電 力 影 響 汽 球 轉 身 時 間 統 計 表 ( 二 ) 從 實 驗 一 中 觀 察 出 : 1. 實 驗 一 主 要 在 實 驗 兩 顆 帶 著 同 性 電 荷 的 氣 球, 是 否 因 摩 擦 次 數 越 多 次, 產 生 靜 電 的 強 度 越 強, 相 斥 現 象 就 越 明 顯 2. 兩 顆 氣 球 皆 被 同 物 質, 即 用 衛 生 紙 摩 擦 過, 且 要 求 同 時 間 同 方 向 磨 擦, 唯 一 的 控 制 變 因 就 是 摩 擦 的 次 數 3. 本 組 組 員 發 現, 因 畫 上 臉 部 表 情 的 關 係, 在 實 驗 中 更 清 楚 了 解 到, 當 兩 顆 汽 球 帶 同 性 電 荷 時, 會 有 相 斥 的 現 象, 類 似 磁 鐵 的 同 極 相 斥, 也 增 加 了 實 驗 的 趣 味 性 4. 在 圖 9 的 曲 線 中, 能 感 受 到 會 因 摩 擦 次 數 多, 氣 球 轉 身 越 快, 代 表 相 斥 現 象 越 明 顯 15

四 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 汽 球 停 留 在 頭 髮 上 的 時 間 越 久 ( 一 ) 實 驗 二 : 魔 髮 造 型 秀 : 資 料 繪 製 成 之 曲 線 圖 : 汽 球 停 留 在 頭 髮 上 的 時 間 s ( ) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 41 30 25 18 16 17 13 11 10 65 摩 擦 20 下 摩 擦 30 下 摩 擦 40 下 摩 擦 50 下 塑 膠 氣 球 摩 擦 毛 巾 次 數 粉 紅 綠 橘 圖 10 塑 膠 氣 球 摩 擦 毛 巾 次 數 與 靜 電 力 影 響 汽 球 停 留 在 頭 髮 上 的 時 間 統 計 表 ( 二 ) 從 實 驗 二 中 觀 察 出 : 1. 實 驗 二 主 要 在 實 驗 摩 擦 過 帶 著 靜 電 的 氣 球, 是 否 因 摩 擦 次 數 越 多 次, 產 生 靜 電 的 強 度 越 強, 與 中 性 物 質 間 相 吸 的 時 間 越 久 2. 本 組 組 員 了 解 人 體 為 電 的 導 體, 當 帶 靜 電 的 氣 球 放 置 於 頭 髮 上 時, 氣 球 上 的 靜 電 會 慢 慢 轉 移 到 頭 髮 上, 最 後 氣 球 又 會 恢 復 為 電 中 性, 而 掉 下 來, 因 此 選 擇 組 員 的 頭 髮 做 實 驗 3. 在 實 驗 過 程 中 發 現 頭 髮 越 細, 汽 球 停 留 越 久, 所 以 固 定 以 一 位 組 員 的 頭 髮 來 做 實 驗 4. 在 圖 10 的 曲 線 中, 能 感 受 到 會 因 摩 擦 次 數 多, 氣 球 停 留 時 間 越 久, 代 表 靜 電 的 強 度 影 響 氣 球 停 留 時 間 16

五 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 粉 筆 灰 附 著 得 越 密 集 ( 一 ) 實 驗 三 : 吸 塵 大 法, 資 料 製 成 表 3 如 下 : 表 3 塑 膠 氣 球 摩 擦 毛 衣 次 數 與 靜 電 力 影 響 粉 筆 灰 附 著 於 汽 球 表 面 (1 3) 長 方 形 面 積 分 布 情 形 摩 擦 20 下 粉 筆 灰 附 著 於 汽 球 表 面 (1 3) 長 方 形 面 積 分 布 情 形 摩 擦 30 下 摩 擦 40 下 摩 擦 50 下 ( 二 ) 從 實 驗 三 中 觀 察 出 : 1. 實 驗 三 主 要 在 實 驗 摩 擦 過 帶 著 靜 電 的 氣 球, 是 否 因 摩 擦 次 數 越 多 次, 吸 附 粉 筆 灰 的 能 力 也 越 強 2. 本 組 組 員 討 論 出, 因 為 長 型 的 氣 球 太 長, 粉 筆 灰 附 著 處 分 散, 且 不 容 易 觀 察, 決 定 以 單 位 面 積 吸 附 粉 筆 灰 的 分 布 情 形 為 觀 察 重 點, 特 別 設 計 在 長 型 氣 球 的 中 段 上, 畫 上 寬 1cm 長 3cm 的 小 方 格, 以 此 為 觀 察 範 圍, 也 方 便 組 員 們 做 記 錄 3. 由 表 3 的 圖 片 中 觀 察 出, 隨 著 摩 擦 的 次 數 越 多, 粉 筆 灰 附 著 的 情 形 越 密 集, 代 表 靜 電 的 強 度 影 響 粉 筆 灰 附 著 的 密 度 17

六 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 章 魚 腳 張 開 的 直 徑 越 大 ( 一 ) 實 驗 四 : 會 跳 舞 的 章 魚, 資 料 匯 製 成 之 曲 線 圖 30 章 魚 腳 張 開 的 最 大 直 徑 25 20 15 10 19 22 25 27 章 魚 腳 張 開 的 最 大 直 徑 公 分 ( ) 5 0 摩 擦 20 下 摩 擦 30 下 摩 擦 40 下 摩 擦 50 下 塑 膠 章 魚 摩 擦 頭 髮 的 次 數 圖 11 塑 膠 章 魚 摩 擦 頭 髮 次 數 與 靜 電 力 影 響 章 魚 腳 張 開 直 徑 長 度 統 計 表 ( 二 ) 從 實 驗 四 中 觀 察 出 : 1. 實 驗 四, 主 要 在 實 驗 材 質 皆 為 塑 膠 的 不 導 電 物 質, 是 否 因 摩 擦 次 數 越 多 次, 兩 者 所 帶 的 同 性 靜 電 越 強, 而 讓 靜 電 感 應 中 的 相 斥 現 象 越 明 顯 2. 本 組 組 員 發 現, 塑 膠 繩 撕 開 越 細, 在 實 驗 靜 電 感 應 時, 汽 球 與 塑 膠 細 繩 間 互 斥 的 效 果 出 現 得 越 快, 原 來 是 摩 擦 的 總 面 積 增 加 了, 使 得 帶 電 的 面 積 也 增 加 了, 靜 電 也 更 強 3. 由 圖 11 的 曲 線 中, 組 員 們 觀 察 出, 在 塑 膠 氣 球 與 塑 膠 章 魚 不 互 相 碰 觸 到 的 最 接 近 情 形 下, 隨 著 摩 擦 的 次 數 越 多, 代 表 靜 電 的 強 度 越 強, 也 影 響 到 塑 膠 章 魚 腳 張 開 的 直 徑 長 度 越 長 18

七 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 吸 管 間 彈 開 的 距 離 越 遠 ( 一 ) 實 驗 五 : 魔 力 旋 轉, 資 料 繪 製 成 之 曲 線 圖 : 紅 色 塑 膠 吸 管 移 動 的 最 遠 距 離 ( 毫 米 ) 30 25 20 15 10 5 0 14 12 8 5 摩 擦 20 下 摩 擦 30 下 摩 擦 40 下 摩 擦 50 下 橘 色 塑 膠 吸 管 摩 擦 餐 巾 紙 的 次 數 紅 色 塑 膠 吸 管 移 動 的 最 遠 距 離 圖 12 橘 色 塑 膠 吸 管 摩 擦 餐 巾 紙 次 數 與 靜 電 力 影 響 紅 色 塑 膠 吸 管 移 動 距 離 統 計 表 ( 二 ) 從 實 驗 五 中 觀 察 出 : 1. 實 驗 五 的 實 驗 材 質 皆 為 塑 膠 的 不 導 電 物 質, 是 兩 枝 塑 膠 吸 管, 材 質 相 同, 所 放 置 的 容 器 是 玻 璃 杯, 也 是 不 導 電 的 材 質, 杯 內 先 放 置 著 電 中 性 的 的 紅 色 吸 管, 並 用 一 樣 不 導 電 的 膠 帶, 貼 在 玻 璃 杯 杯 口 外, 並 做 上 記 號 方 便 觀 察 2. 實 驗 主 要 是 觀 察 紅 色 吸 管 是 否 會 因 受 到 摩 擦 過 餐 巾 紙 的 橘 色 吸 管 影 響, 而 產 生 排 斥 現 象, 並 測 量 彈 開 時 移 動 了 多 少 距 離 (mm), 隨 摩 擦 次 數 越 多 次, 靜 電 越 強, 靜 電 感 應 中 的 相 斥 現 象 越 明 顯 3. 由 圖 12 的 曲 線 中,. 本 組 組 員 觀 察 出, 在 塑 膠 紅 色 吸 管 與 橘 色 吸 管 互 相 不 接 觸 的 最 接 近 情 形 下, 隨 著 摩 擦 的 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 原 本 電 中 性 的 紅 色 吸 管, 會 被 彈 開 越 遠, 兩 枝 吸 管 就 像 在 杯 中 旋 轉, 跳 起 舞 來 喔, 也 像 是 魔 術 師 在 變 魔 術 一 樣 19

八 摩 擦 次 數 越 多, 靜 電 的 強 度 越 強, 吸 管 吸 附 蝦 條 調 味 料 的 量 越 多 ( 一 ) 實 驗 六 : 促 進 健 康 小 工 具, 資 料 資 料 製 成 表 6 如 下 : 摩 擦 30 下 表 6 塑 膠 粗 吸 管 摩 擦 衛 生 紙 次 數 與 靜 電 力 影 響 蝦 條 調 味 料 附 著 於 附 著 於 吸 管 上 的 分 布 情 形 蝦 條 調 味 料 附 著 於 吸 管 上 的 分 布 情 形 摩 擦 60 下 摩 擦 90 下 ( 二 ) 從 實 驗 六 中 觀 察 出 : 1. 實 驗 六 的 實 驗 目 的 是 利 用 吸 管, 將 食 物 中 的 調 味 料 在 靜 電 感 應 下 吸 起 2. 實 驗 主 要 是 觀 察 摩 擦 過 衛 生 紙 的 粉 紅 色 吸 管, 隨 摩 擦 次 數 越 多 次, 靜 電 越 強, 對 調 味 料 的 靜 電 感 應, 即 吸 附 現 象 是 否 會 越 明 顯 3. 由 表 6 的 資 料 上,. 本 組 組 員 觀 察 出, 在 塑 膠 粉 紅 吸 管 的 管 面 上, 摩 擦 次 數 越 多, 調 味 料 的 吸 附 面 積 越 大 片, 且 吸 取 的 調 味 料 顆 粒, 也 由 摩 擦 30 下 時, 吸 附 細 的 粉 狀 調 味 料, 到 摩 擦 90 下 時, 可 以 吸 附 較 大 顆 粒 的 調 味 料, 明 顯 看 出, 靜 電 感 應 影 響 吸 附 力 20

陸 討 論 一 主 要 實 驗 器 材 的 選 擇, 與 設 計 重 點 : ( 一 ) 本 次 實 驗 的 焦 點 在 靜 電 感 應 上, 所 以 一 切 實 驗 都 以 接 觸 來 起 靜 電, 所 以 摩 擦 的 物 品 選 擇 了 生 活 用 品, 有 衛 生 紙 毛 巾 毛 衣 餐 巾 紙 還 有 組 員 的 頭 髮, 當 做 接 觸 起 靜 電 的 來 源, 另 外 選 擇 不 導 電 的 塑 膠 類 為 實 驗 重 點, 即 氣 球 與 吸 管, 分 別 設 計 了 六 種 實 驗, 不 僅 材 料 容 易 取 得, 實 驗 完 後 還 可 以 供 別 種 用 途 重 複 使 用, 或 還 原 回 原 本 用 途, 過 程 中 十 分 環 保 ( 二 ) 在 整 個 實 驗 的 進 行 中, 實 驗 的 方 向 兼 顧 了 趣 味 性 與 實 用 性, 組 員 們 透 過 實 驗 的 進 行, 了 解 到 靜 電 的 形 成 原 理, 並 體 會 到 靜 電 感 應 的 特 性, 並 以 此 延 伸 至 生 活 問 題 上 : 1. 在 實 驗 一 : 愛 的 吸 引 力 中, 汽 球 上 畫 上 臉 部 表 情, 不 僅 讓 靜 電 感 應 的 同 性 電 荷 互 斥 現 象, 以 有 如 動 畫 般 的 方 式 呈 現 出 實 驗 結 果, 也 讓 看 不 見 的 靜 電 彷 彿 有 了 生 命, 很 有 趣 2. 在 實 驗 二 : 魔 髮 造 型 秀 中, 帶 靜 電 的 塑 膠 氣 球 與 非 塑 膠 類 帶 中 性 電 的 頭 髮 相 遇, 實 驗 出 異 性 電 荷 相 吸, 本 組 組 員 在 實 驗 過 程 中, 還 發 現 到 細 的 頭 髮 停 留 得 較 久, 甚 至 想 到 可 以 運 用 在 班 上 有 同 樂 會 或 學 校 有 園 遊 會 時, 當 成 科 學 競 賽 的 節 目 3. 在 實 驗 三 : 吸 塵 大 法 中, 因 為 粉 筆 灰 確 實 是 教 室 中 常 見 的 空 氣 污 染 來 源, 如 能 利 用 靜 電 感 應, 將 容 易 飛 散 的 粉 筆 灰 以 靜 電 吸 附 住, 相 信 會 讓 教 室 空 氣 更 好, 兼 顧 環 保 4. 在 實 驗 四 : 會 跳 舞 的 章 魚 中, 本 組 原 本 就 想 用 靜 電 創 造 玩 具, 且 根 據 前 三 個 實 驗, 組 員 們 已 經 了 解 靜 電 感 應 有 相 吸 與 相 斥 兩 種 反 應, 所 以 經 過 組 員 間 思 考 與 討 論, 認 為 相 斥 的 反 應 較 有 趣 味 性, 於 是 尋 找 同 為 塑 膠 材 質 的 物 品, 組 員 就 想 到 綁 東 西 的 塑 膠 繩 常 被 丟 棄, 於 是 以 此 為 起 點, 回 收 再 利 用 塑 膠 繩, 而 做 出 跳 舞 的 章 魚 21

5. 在 實 驗 五 : 魔 力 旋 轉 中, 由 於 最 近 魔 術 的 主 題 十 分 流 行, 組 員 的 構 想 是 想 要 利 用 靜 電 感 應 的 同 性 電 荷 互 斥 現 象, 以 此 與 魔 力 的 概 念 結 合, 想 出 一 種 靜 電 魔 術, 就 想 到 利 用 吸 管 也 同 樣 是 塑 膠 材 質, 又 是 日 常 生 活 中 十 分 容 易 取 得 的 小 工 具, 來 當 此 實 驗 的 主 角, 十 分 適 合 6. 在 實 驗 六 : 促 進 健 康 小 工 具 中, 由 於 國 內 學 童 吃 零 食 的 習 慣 十 分 普 遍, 很 多 零 食 上 都 有 過 多 的 調 味 料, 像 胡 椒 粉 糖 鹽 等, 雖 然 讓 零 食 更 香 更 好 吃, 卻 也 成 為 健 康 的 無 形 殺 手, 本 組 組 員 由 實 驗 三 吸 塵 大 法 中 了 解, 靜 電 感 應 能 吸 附 微 小 粒 子, 就 大 膽 試 驗 如 果 能 將 食 物 上 這 些 危 害 健 康 的 調 味 料, 用 簡 單 的 方 式, 利 用 靜 電 感 應, 設 計 一 個 小 工 具 將 調 味 吸 附 出 來, 不 僅 能 促 進 健 康, 又 讓 吃 變 得 有 趣 味 二 靜 電 實 驗 的 測 量 方 式 : ( 一 ) 實 驗 一 : 愛 的 吸 引 力 的 測 量 方 式 : 實 驗 一 主 要 是 測 量 同 樣 物 品 在 靜 電 感 應 中 的 同 性 電 荷 相 斥 現 象, 本 組 先 將 綁 好 線 的 兩 氣 球 摩 擦 好, 其 中 一 顆 先 固 定 不 動, 另 一 顆 在 相 距 30 公 分 處 漸 漸 靠 近, 直 到 氣 球 轉 向 90 度, 測 量 其 所 花 的 秒 數, 從 重 複 做 實 驗 中 發 現, 摩 擦 次 數 越 多, 轉 向 就 越 快 ( 二 ) 實 驗 二 : 魔 髮 造 型 秀 的 測 驗 方 式 : 實 驗 二 主 要 在 測 量 靜 電 感 應 中 的 異 性 電 荷 相 吸 現 象, 測 量 的 方 式 是 計 算 摩 擦 過 已 經 帶 靜 電 的 氣 球, 停 留 在 頭 髮 上 的 時 間 有 多 久 ( 三 ) 實 驗 三 : 吸 塵 大 法 的 測 量 方 式 : 實 驗 三 主 要 在 測 量 靜 電 感 應 對 微 粒 子 的 吸 附 作 用, 以 黑 板 的 粉 筆 灰 為 測 量 工 具, 利 用 摩 擦 過 已 經 帶 靜 電 的 氣 球, 在 單 位 面 積 中 ( 本 組 設 定 為 1cm 長 3cm), 觀 察 靜 電 感 應 吸 附 微 粒 子 的 分 布 密 度 22

( 四 ) 實 驗 四 : 會 跳 舞 的 章 魚 的 測 量 方 式 : 實 驗 四 主 要 在 測 量 兩 材 質 都 是 塑 膠 的 物 品, 氣 球 與 塑 膠 繩, 在 靜 電 感 應 中 的 同 性 電 荷 相 斥 現 象, 組 員 觀 察 到 塑 膠 章 魚 腳 張 開 時, 會 以 類 似 圓 形 的 方 式 開 展, 要 求 得 章 魚 腳 張 開 的 長 度, 最 好 的 測 量 值 就 是 直 徑, 組 員 利 用 不 導 電 的 紙 棒, 先 量 測 章 魚 腳 張 開 的 最 大 直 徑 並 做 上 記 號 後, 再 以 紙 棒 上 記 號 之 間 的 長 度 ( 五 ) 實 驗 五 : 魔 力 旋 轉 的 測 量 方 式 : 實 驗 五 是 測 驗 靜 電 感 應 中 的 同 性 電 荷 相 斥 現 象, 以 兩 支 吸 管 為 實 驗 工 具, 玻 璃 杯 為 容 器, 測 量 靜 電 感 應 瞬 間 移 動 的 距 離 ( 六 ) 實 驗 六 : 促 進 健 康 小 工 具 的 測 量 方 式 : 實 驗 六 是 測 量 靜 電 感 應 對 微 粒 子 的 吸 附 作 用, 以 食 物 中 的 調 味 料 為 測 量 工 具, 利 用 摩 擦 過 已 經 帶 靜 電 的 吸 管, 吸 引 食 物 上 的 調 味 料, 觀 察 靜 電 感 應 吸 附 微 粒 子 的 分 布 狀 況 與 顆 粒 大 小 23

柒 結 論 本 組 討 論 出, 影 響 靜 電 感 應 的 因 素 如 下 : 一 實 驗 一 : 愛 的 吸 引 力 : 從 重 複 做 實 驗 中 發 現, 摩 擦 次 數 越 多, 轉 向 就 越 快 二 實 驗 二 : 魔 髮 造 型 秀 從 重 複 做 實 驗 中 發 現, 摩 擦 次 數 越 多, 氣 球 停 留 的 時 間 就 越 久 三 實 驗 三 : 吸 塵 大 法 : 發 現 摩 擦 次 數 越 多, 微 粒 子 的 分 布 越 密 集 四 實 驗 四 : 會 跳 舞 的 章 魚 的 測 量 方 式 : 發 現 摩 擦 次 數 越 多, 章 魚 腳 張 開 的 圓 周 直 徑 越 長 五 實 驗 五 : 魔 力 旋 轉 的 測 量 方 式 : 發 現 吸 管 摩 擦 次 數 越 多, 影 響 另 一 支 吸 管 移 動 的 距 離 越 遠 六 實 驗 六 : 促 進 健 康 小 工 具 的 測 量 方 式 : 發 現 摩 擦 次 數 越 多, 吸 附 調 味 料 的 量 越 多, 且 也 能 吸 附 較 大 顆 粒 的 調 味 料 由 以 上 得 知, 在 接 觸 起 電 的 靜 電 實 驗 中, 摩 擦 次 數 影 響 塑 膠 氣 球 與 吸 管 的 靜 電 帶 電 量, 摩 擦 次 數 越 多, 實 驗 的 效 果 越 明 顯 24

捌 參 考 資 料 一 蕭 次 融 羅 芳 晁 等 ( 民 88) 動 手 玩 科 學 臺 北 市 : 遠 哲 科 學 教 育 基 金 會 二 金 秀 卿 (2008) 有 趣 的 科 學 歷 險 台 北 市 : 新 苗 文 化 三 尼 爾 亞 得 禮 ( 民 88) 進 入 科 學 世 界 的 圖 畫 書 運 動 臺 北 市 : 上 誼 文 化 四 林 明 宏 ( 民 99) 戰 勝 科 展 - 物 理 實 驗 的 第 一 本 書 台 北 市 : 貓 頭 鷹 出 版 五 Demolab 悟 理! 物 理 - 物 理 教 學 示 範 實 驗 室 線 上 檢 索 日 期 :2011 年 12 月 13 日 網 址 :http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/ 25