台北市立民生国民中学九十六学年度科学展览会作品说明书

臺北市立民生國民中學九十六學年度科學展覽
會作品說明書
科別：理化未知
作品名稱：待思考（可以再想想！….【靜電知多少】）
關鍵詞：靜電、驗電瓶、摩擦生電
班級：801
作者姓名：張軒鳴、樊申威、蕭元喻
指導老師：易曉雯
一、摘要
此次的科展，我們以靜電為主題。

首先，我們從各項靜電的實驗
開始著手，發現許多靜電的實驗都和萊頓瓶脫離不了關係，因此
便著手製作萊頓瓶，成為我們的第一項實驗。

我們探討有關鋁箔
包的密度、鬆弛度影響的結果，但無法量化，遍尋能測試靜電大
小的工具，驗電瓶是個不錯的選擇，我們先利用同心圓測試，但
目測的結果並不恰當，會有相當嚴重的誤差，於是利用雷射筆照
在鋁箔上，利用鋁箔的反射尋找光點，以其變化位置，可證明鋁
箔上揚的角度，也就是靜電的大小。

為了更精確的探討靜電的大
小，我們繼續製作富蘭克林馬達及摩亞馬達，希望能利用杯子轉
動圈速、彈珠旋轉圈速，探討靜電的大小，藉由驗電瓶、富蘭克
林馬達、摩亞馬達三方面同步進行測試，物體產生靜電大小的問
題，便能被輕易破解，相對失誤的機率也能降到最低。

二、研究動機
的我，居然邊看電視邊做勞作。

我滿心期待的幻想，想著有什麼
好看的節目等著我去欣賞呢？正當我打開迷人的電視時，恐怖的
事情發生了！！！霹靂啪拉的聲響響徹雲霄，突如其來的麻痺令
我呼吸急促、心跳加速。

難道我被電到了嗎？還是只是幻覺呢？
問號在我的腦海中盤旋打轉，喜愛突破問題的我，開始與同學上
網搜尋靜電的相關資料。

一個個有趣的靜電實驗，使我們好奇心
大增，忍不住嘗試、探討，突破眾多瓶頸。

就在這次美麗的意外
中，靜電的應用竟成為科展的主題。

三、研究目的
（一）關於萊頓瓶的實驗，是以不同包裹密度的鋁箔，利用膠帶或水管產生靜電，了解與靜電相關的變因。

（二）以驗電瓶探討鋁箔受到靜電所產生的現象，並換上燒過的輕薄鋁箔，觀察一切反應。

（三）初步的驗電瓶為了解換上自製鋁箔和不同容器後的導電裝置是否依然效果良好，研究鋁箔的起伏。

之後，進一步製作導
電裝置，用不同金屬代替原先裝置，進行測試。

（四）用雷射筆照射鋁箔，並以不同角度反射的光點，觀察光點在畫有表格的屏障上之移動現象。

多次的統整與量化，為了解
光點與鋁箔間的關係。

（五）以富蘭克林馬達探討杯子的圈數與靜電大小的關係。

四、研究設備及器材
實驗二：現成驗電瓶、水管及面紙。

實驗三：玻璃罐三個、鐵棒、銅棒、鋁棒、鋁箔、水管及面紙。

實驗四：自製驗電瓶、雷射筆、一張白紙〈分成許多小格子〉、自製
固定器、水管及面紙。

實驗五：自製萊頓瓶、鋁箔、塑膠杯、圖釘，水管及面紙。

實驗六：自製萊頓瓶、鋁箔、塑膠杯、彈珠、水管及面紙。

其他工具：剪刀、膠水、膠帶、白紙、鉛筆、盒子、打火機。

五、研究過程或方法
實驗過程：
（一）在塑膠杯上包上鋁箔取兩個塑膠杯，外層分別包上鋁箔後，上下疊放如圖（一）。

（二）裝上電容，持續摩擦，便能儲存靜電。

（二）一有靜電靠近，鋁箔便會上揚。

影響變因：
（一）物體產生靜電的大小：靜電越大，則鋁箔的上揚角度較大；反之，則鋁箔的上揚幅度較小。

（二）「人」字形或「一」字形的差別：「人」字形會因重力而無法上揚（有兩邊）。

由於「一」字形所受重力比「人」字形小，故我們以「一」字形作為親手製作驗電瓶的依據。

實驗三：第二代自製驗電瓶〈初步〉同心圓
實驗過程：
〈一〉將學校的驗電瓶導電裝置拆下，並用自己的容器（羊奶瓶、大罐子）等裝金屬電極導電裝置，放上容器。

〈二〉以打火機燒口香糖鋁薄紙。

〈三〉輕薄短小的鋁箔片效果十分的好，一有靜電產生時，鋁箔便會上揚。

〈四〉原先製作同心圓，觀察鋁箔起伏的角度，但因目測誤差值較大，不可行。

自製驗電瓶〈進一步〉
〈一〉找了更多的金屬棒〈鐵、鋁、銅〉，將每個導電裝置分別裝入容器中。

〈二〉以打火機燒口香糖鋁薄紙。

〈三〉輕薄短小的鋁箔片效果十分的好，一有靜電產生時，鋁箔便會上揚。

影響變因：〈1〉鋁箔片：不能太重也不能太厚，要剛剛好，長度必須適中，較方便觀察，受到靜電的反應會較好。

〈2〉物體產生靜電的大小：由物體個方面因素決定〈物體的材質〉，由摩擦的速度快慢，猛烈度，時間的長久決定。

〈3〉以真空為佳，但我們做不到此地步。

實驗四：鋁箔找光點自製驗電瓶的微型測試
實驗過程：
〈一〉利用雷射筆的照射，使鋁箔反射光點
〈二〉尋找光點最清楚完整的最佳位置
〈三〉摩擦水管，其產生的靜電可使鋁箔上揚。

相對的，此時光點也會移動。

影響變因：
（一）雷射筆的發射角度：有鑑於此，我們製作了角度發射器。

首先畫個半圓（半徑需小於雷射筆角度），並在十五度、
三十度、四十五度、六十度的對應處鑽孔，再用螺絲螺
帽插入固定。

完成後，雷射筆就能架設在板上，不僅減
少誤差又可輕鬆控制角度。

（
將它夾於書中或L型夾內，因此並不成問題。

〈三〉屏障的光滑度＆擺放處：屏障的部分，為求簡便，我們
使用的是白紙，若能用小白板則效果更佳。

至於擺放
處，經過多次試驗，以確切找到清楚的反射點，亦不足
以構成問題。

實驗五：富蘭克林馬達
〈一〉利用靜電的產生，經由導線，傳送至集電旗。

〈二〉負電傳導至圖釘後便會產生相斥。

〈三〉藉由相斥的原理，塑膠杯便會轉動。

影響變因
〈一〉物體產生靜電的大小
除了水管摩擦面紙外，日常生活中也有許多的物體都能產生靜
電，像利用電視機的開關，也是一個可行的辦法。

〈二〉導線擺放的位置
經過不斷的試驗，導線最佳擺放的位置是放在萊頓瓶中，導電較
容易，千萬別擺在萊頓瓶下，試了很久，靜電的威力還是一樣小。

〈三〉萊頓瓶本身的製作
在實驗一中，已找到了最佳的擺放位置，實驗五中的萊頓瓶，不
成問題。

〈四〉杯子的材質
目前只知實驗皆以塑膠杯進行，其他材質是否可行，不得而知。

〈五〉杯子的重量
若杯子的重力大於產生的靜電威力，那可絕不可能成功，所以我
們將杯子上方減小，切記，一定要保持杯子的平衡。

〈六〉杯子的平衡
圖釘所插入的地方必須掌握，間距和位置需要萬無一失，以免轉
動時，容易將杯子轉下。

〈七〉杯子底部的凹陷
如果將杯子戳破，就徹底失敗，戳出太大的凹陷，會造成摩擦力
太大，導致杯子根本轉不動，所印只要稍刺一下，給他一點小小
的支撐，便可使杯子頂在筆上，順利轉動，屹立不搖。

實驗六摩亞馬達
實驗過程：
（一）將產生的靜電，傳遞至杯底之各條鋁箔。

（二）當鋁箔帶有負電時，便會將電傳給玻璃珠，而此帶有負電的玻璃珠就會與帶有負電的鋁箔產生相斥。

藉由此原理，玻璃珠便會不
停轉動。

影響變因：
（一）物體產生靜電的大小：靜電的大小不至於造成太大影響。

靜
電大，則彈珠轉速快、圈數多；反之，彈珠轉速慢、圈數也
較少。

（二）導線的擺放位置：導線若擺放在萊頓瓶瓶底，與馬達間距離
太長，還未傳導便散失了。

如果把導線置於來頓瓶內，使得
距離拉近縮短，即可順利導電。

（三）杯底的摩擦力：輕壓鋁箔，使之平滑，再用消毒用酒精清理
表面污垢，減少摩擦力，減少會影響彈珠行進的諸多變因。

（四）鋁箔的擺放量：鋁箔量多，則相斥的情況會比鋁箔量少的效
果好。

其影響只在彈珠的轉數以及圈數，故問題不大。

（五）珠子的材質：原則上，我們都以玻璃材質的珠子進行實驗，
也認為玻璃效果較好，至於其他材質是否可行，尚待商榷。

（六）珠子的大小：珠子過大會使電量不足以使其轉動。

所以珠子
應當以小為佳。

五、研究結果
實驗一待討論
實驗二：經過我們的實驗之後，影響「人」字型，屢屢不成功的原因有兩項。

1.鋁箔與金屬棒的接觸面積太小
在固定鋁箔時，由於「人」字型的鋁箔必須穿越其中一邊，
導致鋁箔和金屬導體的接觸面只有鋁箔的寬度而已，而長度
也只有0.1公分左右，故靜電不易傳遞至鋁箔，導致鋁箔不
會上揚，經過修改之後，我們以「一」字型做為實驗的標準，
接觸的面積較大，長可到達0.5公分左右，不但增加了接觸
面積，而且也比較好做呢！
2.「人」字型所受的重力比「一」字型大兩倍。

由於「人」字型的鋁箔垂吊在兩旁，所受的重力比起「一」
字型單邊垂吊大得許多，故我們以「一」字型做為實驗材料，
實驗五、實驗六待討論六、討論
待討論
七、結論
待討論
八、參考資料及其他
待討論。