你可以成为一个御水师。你所需要的只是一个气球(和一头好头发)。
学习动机
学生们可以思考、观察和学习绝缘体和导体之间的区别，以及带电粒子(电子和质子)如何产生静电。
材料
- 一个干燥的乳胶气球(如果你没有气球，你可以用一个干燥的塑料梳子，一段PVC管，或塑料笔)
- 水龙头(或底部有一个小孔的瓶子，可以让水以缓慢而稳定的速度滴落下来)
- 头发(或毛巾)
实验前
在这个实验中你要做两件事。首先，你要在头发上摩擦一个充气气球。如果你没有头发，可以用毛巾或向离你最近的有头发的人借头，但要礼貌地询问。其次，你将拿着你在头发上摩擦的气球，旁边有一股从水龙头里流出的水。其目的是研究电荷(电子)如何在物体之间转移，以及这如何影响物体的行为或造成某种效应。
你的假设
当你在头上摩擦气球时，你认为会发生什么?把这些写下来。
当你把气球放在水流旁边时会发生什么?把这些写下来。当你用气球摩擦你的头发时，你有没有注意到其他奇怪/意想不到的效果?描述你观察到的任何影响。这并不是你这个实验假设的一部分，但科学家们经常会注意到意想不到或奇怪的事情，有时会导致惊人的新发现和新知识。
方法
1.用气球在头发上来回摩擦20次左右(30秒)。
2.打开水龙头，这样就只有一股细细的水流出来。
3.将气球放在水流的一侧，距离水流1-2厘米，距离水龙头8-10厘米。确保气球没有碰到水。确保你把气球擦在头上的那一边靠近水。观察会发生什么。
4.让气球慢慢地在水流中上下移动。观察会发生什么。
5.沿着水流移动气球。观察会发生什么。
6.玩一玩，试试其他的想法。试试梳子(用它来梳头)，塑料或玻璃棒在毛巾上摩擦，把这些东西放在水流附近。如果你把气球弄湿了，或者你在气球上摩擦时头发湿了，会发生什么?一步一步写下你在这里做什么。
提示如果效果不明显，可以把水龙头的水龙头关小一点，以减少水流的压力，或者让气球在头发上多吹几次。
结果
描述你在上述步骤3到6中每个测试后观察到的情况。
(当你用气球摩擦头发时，你注意到头发有什么变化吗?你能在这里描述一下吗?)
讨论
你觉得这里发生了什么?你的数据告诉你什么，可以帮助你回答这个问题和下面的问题?利用你对电荷行为的了解来帮助你。也就是说，异性电荷相吸，同性电荷相斥。
为什么水会这样?
为什么当你的头发或气球是湿的时，你会得到不同的效果/结果?
为什么水不直接飞向气球并粘在上面?(想想重力。)
你的发现如何与你的假设相吻合?你能描述一下为什么你的假设是正确的或不正确的吗?
拓展你的思维
如果气球或你的头发湿了怎么办?你的头发和水流的反应有什么不同，为什么?
当你把气球从头上拉开时，你的头发是否会伸出来，试图附着在气球上?这是因为在你的头发上摩擦气球后，你头发里原子的电子跳到了气球上，使气球带负电。不能移动的是构成你头发的原子。电子从你的头发转移到气球后剩下的是质子比电子多的原子，这意味着你的头发带正电荷。现在，当你的带正电的头发靠近带负电的气球时，它会怎么做呢?记住异性电荷相吸。还要记住，现在你的每根头发都是阳性的。像电荷想要做什么?你头上的每一根头发都在努力远离其他的头发(正极和正极会相互排斥)，同时也被负极的气球吸引。这就是为什么你的头发又肿又黏。
还有很多事情要搞清楚。
- 如果你用金属梳子或金属棒试图将电子转移到那里，会发生什么?
- 如果你有一个非极性液体从你的水龙头流出呢?你能用带负电荷的气球转弯吗?
老师的笔记
你有没有注意到你的头发在干燥的天气里会伸出来?你是否曾在地毯上摩擦脚后吓到别人?这个实验将帮助你理解静电，你将利用这种力量使水弯曲。
发生了什么?
这一切都是关于对立力量的故事，对立如何吸引和对称。
水分子是极性分子。这意味着组成水分子的两个氢原子和一个氧原子形成了一个形状，使分子的一端带轻微的正电荷，另一端带轻微的负电荷。一个技术上的解释是它们的电荷分布不对称。但是水分子总体上仍然是中性的;只是它们的形状意味着一端更积极，另一端更消极。请参见下面的图1和图2。
分子的极性描述了电荷如何在分子周围分布。在非极性分子中，电荷均匀分布。在像水这样的极性分子中，电荷的分布是不均匀的，所以它有带更多负电荷的区域和带更多正电荷的区域。非极性分子在分子上的任何位置或区域都是中性的。更多的信息在这里．
图1。水分子呈现出极性和不对称的形状，这意味着一边是正电荷(氢原子(H)所在的位置)，另一边是负电荷(氧原子(O)所在的位置)。
图2。非极性对称分子的图像，其中电荷(正电荷和负电荷)均匀分布在分子周围。这个分子叫做四氯化碳国家医学图书馆有一个很好的动画这显示了它的对称性．
气球中的乳胶是中性的——它有相等数量的正电荷和负电荷。但当你在头发上摩擦气球时，电子会从你的头发转移到气球上，使气球整体带负电荷。有些材料(比如你的头发)中的电子与原子的结合很松散。把气球擦在头发上，头发上的电子就会离开原子，转移到气球上。
当你把带负电的气球放在水流旁边时，水流中的水分子会倾向于翻转，使它们的负电荷面远离气球。记住，像电荷相斥-负电荷(电子)来自水和气球会试图尽可能远离彼此。这意味着所有水分子的正电荷面现在都对着带负电荷的气球。相反的电荷喜欢做什么?他们相互吸引。水分子被气球吸引，这就是为什么你看到水向气球弯曲。重力也在起作用。重力把水往下拉，这就是为什么水流不会直接飞到气球上。请参见下面的图3。
图3。水分子在有负电荷(气球)的情况下会自我定位，所以它们的负电荷面朝外。这在气球附近产生了一个整体正电荷，它被气球上的负电荷(电子)所吸引。
如果气球或你的头发湿了怎么办?你的头发和水流的反应有什么不同，为什么?水分使电子不易移动。如果你的房子里种满了室内植物，这会降低你在房子里产生静电的能力，因为植物会从叶子中释放水分，增加湿度。
还有很多事情要搞清楚
- 看看元素周期表，数一数一个氧原子和两个氢原子的质子和中子数。它们的数量相等，这使得水(H2O)总体上带中性电荷。
- 像塑料这样的绝缘体最能留住从头发或布料上转移来的电子。金属中的电子是可移动的，当你将电子从头发或布料转移到金属棒上时，金属中的自由电子会远离头发上的转移电子(就像电荷排斥一样)。这使得金属表面很难形成过多的电子。使用塑料这样的绝缘体，原子中的电子与原子结合得更紧密，也就是说，它们很难逃离转移的电子，所以你可以更容易地在塑料气球、塑料梳子或塑料棒上积聚电子。
- 如果液体是非极性的它就不会像极性水分子那样翻转因为电荷在分子周围是均匀分布的。分子中没有哪个部分的正电荷更多，哪个部分的负电荷更多。气球(或塑料梳子、棒子等)和非极性液体之间的吸引力要弱得多(或为零)。
致谢:感谢FLEET志愿者Reza Asgari对本活动的帮助。
回家科学活动。