趣味实验“静电飞花”原理分析

卢 衎，杨文健，李 灿，熊举峰

(湖南师范大学 物理与电子科学学院，湖南 长沙 410081)

“静电飞花”实验常常被应用于中学静电教学中，实验现象明显且趣味性强。该实验原理包含“接触起电”和“感应起电”，且起电过程包含靠近、接触、抬离等阶段，但已有研究[1,2]仅用“感应起电”解释了其中抬离的阶段。本文将“静电飞花”细分为五个阶段：(1)金属板从高处往下靠近KT板(生活中常称“泡沫板”)但未接触；(2)金属板和KT板第一次接触；(3)金属板抬离KT板的一瞬间；(4)金属板和KT板第二次接触并抬离；(5)用手触摸金属板上端再抬离金属板。从“接触起电”和“感应起电”两方面进行原理分析，更加全面深入地解释了“静电飞花”实验现象。

1 器材选取

摩擦起电的本质是不同材料在摩擦过程中得失电子的能力不同，产生“电子的转移”。生活中常见物质静电序列如下(越在前面的越易失去电子)：空气、玻璃、有机玻璃、尼龙、羊毛、丝绸、赛璐珞、棉织品、纸、金属、黑橡胶、涤纶、维尼纶、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、二氧化硅、聚四氟乙烯。序列中的某一物质与它后面的物质摩擦前者带正电，后者带负电。一般在静电序列中两种物质所居位置离得越远越容易起电，相同条件下的起电量也越多。

已有研究选用有机玻璃板和气泡膜摩擦起电[1]或者手帕和塑料袋摩擦起电[2]，结合上述排序和考虑到易操作性，本文选用KT板和羊毛皮作为摩擦起电的材料，实验效果较好。因为KT板的表面有PVC面皮，其原料为聚氯乙烯，根据排序可知其相比于有机玻璃更易得到电子，且生活中应用广泛容易获得。……