11靜電現(xiàn)象與電荷守恒

在雷雨天，不同的云團靠近到一定的距離時，就會放電即產(chǎn)生雷電現(xiàn)象；若云團與地面上的樹木、建筑物或人體間產(chǎn)生放電現(xiàn)象，就發(fā)生雷擊．在天氣干燥時，用塑料梳子梳頭發(fā)，梳子會吸引頭發(fā)；在脫下身上穿的毛衣時，會聽到劈啪的響聲，夜晚還會看到火花，這些都是因為摩擦起電所造成的．除了摩擦起電，還有其他方法使物體帶電嗎？現(xiàn)代社會中，從生產(chǎn)到生活，電的應用越來越廣泛，電學知識的重要性毋容置疑，那么研究電學從什么地方入手呢？課程標準對我們高中生又提出了哪些要求呢？教材本章內(nèi)容的設置，基于課程標準中的以下兩條要求：

了解靜電現(xiàn)象及其在生活和生產(chǎn)中的應用．用原子結(jié)構和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象．課程標準要求學生應知道一個物體帶電是由于電子的得與失，根據(jù)電荷守恒的知識知道物體帶電是由于電子的轉(zhuǎn)移，一個物體由于缺少電子帶正電，必有另一物體得到了多余的電子帶負電，而系統(tǒng)的電荷是不變的．1．1靜電現(xiàn)象與電荷守恒在干燥的冬天，你也許有過這樣的經(jīng)歷：當你經(jīng)過鋪有地毯的走道來到房間門口，在伸手接觸金屬門把的一剎那，突然聽到“啪”的一聲，手被麻了一下，弄得你虛驚一場．是誰在惡作?。俊瓉硎请姾稍谧鞴郑畣栴}：1．這些電荷是哪里來的？2.物質(zhì)的微觀結(jié)構是怎樣的？3.摩擦起電的原因是什么？4．除了摩擦起電，還有其它方法可以使物體帶電嗎？1、正電荷：把用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷。2、負電荷：把用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負電荷。3、帶電體的基本性質(zhì)：吸引輕小物體。4、電荷間的相互作用規(guī)律：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。

一、自然界中的兩種電荷1．基本定義具有吸引輕小物體的性質(zhì)的物體帶了電荷，自然界中只存在著兩種電荷，即正電荷、負電荷．2．要點剖析電荷是物質(zhì)的一種固有屬性．組成物質(zhì)的原子，由帶負電的核外電子和帶正電的原子核組成，由于通常情況下負電與正電的數(shù)量相等，物體并不顯示電性．

如何使物體帶電？

1.摩擦起電是由于相互摩擦的物體間的電子的得失而使物體分別帶上等量異種電荷．玻璃棒與絲綢摩擦時，由于玻璃棒容易失去電子而帶正電；硬橡膠棒與毛皮摩擦時，由于硬橡膠棒容易得到電子而帶負電．易誤警示(1)電并不是附著在物體上的，物質(zhì)本身就有電，原子核就帶正電，原子核外的電子就帶負電．在正常情況下，物體原子中正、負電荷等量，物體呈中性．當物體失去一部分電子時，就帶正電，物體獲得多余電子，就帶負電．(2)摩擦起電的實質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移，相互摩擦的兩物體摩擦后帶何種電荷，取決于原子對電子的束縛能力，對電子束縛能力強的得到電子，從而帶負電；對電子束縛能力弱的失去電子，從而帶正電．(3)兩相同物體摩擦不會起電，只有不同種的兩物體，因它們原子核對核外電子束縛能力不同，摩擦才能起電，這種束縛能力相差越大，摩擦越容易起電．思維拓展(1)電荷間的相互作用電荷在它的周圍空間形成電場(下一節(jié)學習)，電荷間的相互作用就是通過電場發(fā)生的．同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引．(2)檢驗物體是否帶電的方法：①看是否吸引輕小的物體，吸引者帶電．②用驗電器．當物體接觸驗電器金屬球后，其兩金屬箔片張開(同種電荷相斥而張開)，物體就帶電．2.感應起電是指利用靜電感應使物體帶電的方式．例如：如圖甲所示，將導體A、B接觸后去靠近帶電體C，由于靜電感應，導體A、B上分別帶上等量異種電荷，這時先把A、B分開，然后移去C，則A和B兩導體上分別帶上了等量異種電荷，如圖乙所示．感應起電提出問題為什么帶電棒靠近(并未接觸)驗電器的金屬球，驗電器的指針就會偏轉(zhuǎn)猜想與假設當帶電棒靠近(并未接觸)驗電器的金屬球時，由于同種電荷相排斥，異種電荷相吸引，使驗電器的金屬球與指針分別帶了異種電荷進行實驗與收集證據(jù)1.讓帶電棒靠近(并未接觸)驗電器的金屬球，觀察驗電器的指針是否會偏轉(zhuǎn)2.移走帶電棒觀察驗電器的指針的偏轉(zhuǎn)情況3.讓帶電棒靠近(并未接觸)驗電器的金屬球，用手觸摸一下驗電器的金屬球，再移走帶電棒觀察驗電器的指針的偏轉(zhuǎn)情況感應起電分析與結(jié)論分析：上述過程1中驗電器的指針會偏轉(zhuǎn)，說明驗電器的指針帶了電；過程2中驗電器的指針不再偏轉(zhuǎn)，說明驗電器的金屬球與指針分別帶的異種電荷發(fā)生了中和，都恢復到不帶電狀態(tài)；過程3中驗電器的指針仍偏轉(zhuǎn)，是因為用手觸摸金屬球時，金屬球上的電荷流入大地，只有指針帶電，將手和帶電棒移走后，指針所帶電荷便分布指針和金屬球上，指針仍能偏轉(zhuǎn)結(jié)論：將電荷移近不帶電的導體，可以使導體中電荷重新分布，這種現(xiàn)象叫做靜電感應3.接觸帶電比較簡單，指一個不帶電的金屬導體跟另一個帶電的金屬導體接觸后分開，而使不帶電的導體帶上電荷的方式．(3)三種起電方式的比較摩擦起電感應起電接觸起電產(chǎn)生兩種不同絕緣體摩擦時導體靠近帶電體時導體與帶電導體接觸時現(xiàn)象兩絕緣體帶上等量異種電荷導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷導體帶上與帶電體相同的電荷原因不同物質(zhì)對電子的束縛能力不同，導致電子的得失．束縛能力強的得電子，帶負電；束縛能力弱的失電子，帶正電異體中的自由電荷(電子)發(fā)生轉(zhuǎn)移，使電荷重新分布，結(jié)果使靠近帶電體一端所帶的電荷電性與帶電體相反；遠離帶電體一端與帶電體所帶電荷電性相同，即“近異遠同”電荷在相互作用下，電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上實質(zhì)電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移學點：1.三種起電方式的實質(zhì)：電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移，并未創(chuàng)造新的電荷2.電荷的多少叫做電荷量，其單位是庫侖，國際符號C.1．經(jīng)典表述電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分．2．尋求源頭各種起電及電荷中和的本質(zhì)，均是電子的轉(zhuǎn)移，微觀上組成系統(tǒng)的正電荷(質(zhì)子)與負電荷(電子)總數(shù)并沒有發(fā)生變化，只是宏觀上表現(xiàn)出的帶正電、帶負電、不帶電的不同．3．應用技巧(1)正負電荷接觸后先發(fā)生電荷的中和，若兩帶電體相同，則二者均分總凈電荷量．(2)電荷守恒定律是自然界重要的基本規(guī)律之一．1．基本定義電子所帶電荷量是最小電荷量，人們把這個最小電荷量叫做元電荷，用e表示．2．要點剖析(1)實驗表明，所有帶電體的電荷量或者等于e，或者是e的整數(shù)倍，e＝1.60217733×10－19C，計算中可取e＝1.60×10－19C．這是由美國物理學家密立根設計的油滴實驗，取得了上千組數(shù)據(jù)后，得到的結(jié)論．

如下圖所示，A、B是被絕緣支架分別架起的金屬導體，并相隔一定距離，其中A帶正電，B不帶電．則以下說法中正確的是(

)A．導體B左端出現(xiàn)負電荷，右端出現(xiàn)正電荷，并且電荷量大小相等B．若A不動，將B沿圖中aa′分開，則兩邊的電荷量大小可能不等，與如何分有關C．若A向B逐漸靠近，在B左端和右端的電荷量大小始終相等并且連續(xù)變化D．若A、B接觸一下，A、B金屬體所帶總電荷量保持不變【解析】由于B導體中存在大量自由電子，在帶正電的A的作用下，B中部分電子會被A吸引到左端而出現(xiàn)負電荷，右端由于缺少同樣數(shù)量的電子而出現(xiàn)正電荷，所以A選項正確．根據(jù)電荷守恒定律，B中總電荷量仍為零．即使沿aa′分開B，只要B與外界沒有電荷交換，B的左右兩部分的電荷量總是等量異種，所以B選項錯誤．A向B逐漸靠近的過程中，B的左右部分異種電荷數(shù)量總是同步變化，但不連續(xù)變化；這是由于任何帶電體的電荷量都不是連續(xù)的，只能是基本電荷量(e＝1.60×10－19C)的整數(shù)倍，所以C選項錯誤．A、B間接觸后，A上部分正電荷轉(zhuǎn)移到B上，這就發(fā)生了接觸起電現(xiàn)象，雖然B的凈電荷增加，但A、B的總電荷量保持不變．所以D選項正確．【答案】

AD感應起電的實質(zhì)也是電子的轉(zhuǎn)移，同樣遵循電荷守恒定律．1．如右圖所示，將帶電棒移近兩個不帶電的導體球，兩個導體球開始時互相接觸且對地絕緣，下述幾種方法能使兩球都帶電的是(

)A．先把兩球分開，再移走棒B．先移走棒，再把兩球分開C．先將棒接觸一下其中的一球，再把兩球分開D．棒的帶電荷量不變，兩導體球不能帶電【解析】當將帶電棒靠近導體球時，兩個導體球上由于靜電感應分別帶上等量異種電荷，因此選項A對、B錯．帶電棒與導體球接觸后，導體球上帶上同種電荷，C對、D錯．【答案】

AC有兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B，分別帶有電荷量Q1＝6.4×10－9C，Q2＝－3.2×10－9C，讓兩絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少個？【答案】電子由B球轉(zhuǎn)移到A球，轉(zhuǎn)移了3.0×1010個電子．用帶電物體與不帶電物體接觸或兩個帶相反電荷但所帶電荷量不同的物體相接觸，都可以使物體帶電．前一種情況是兩物體帶同種性質(zhì)的電荷，如果兩個物體相同則平分電荷量，后一種情況是兩個物體先中和相同量的異種電荷，然后分配剩余電荷．2．已知π＋介子、π－介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們所帶的電荷量如下表所示，表中e為元電荷.【答案】

AD

如右圖所示，有一帶正電的驗電器，當一金屬球A靠近驗電器的小球B(不接觸)時，驗電器的金屬箔片張角減小，則(

)A．金屬球可能不帶電B．金屬球可能帶負電C．金屬球可能帶正電D．金屬球一定帶負電【解析】驗電器的金屬箔片之所以張開，是因為它們都帶有正電荷，而同種電荷相互排斥，張開角度的大小決定于兩金屬箔片所帶電荷量的多少．如果A球帶負電，靠近驗電器的B球時，異種電荷相互吸引，使金屬箔片上的正電荷逐漸“上移”，從而使兩金屬箔片的張角減小，選項B正確，同時否定選項C.如果A球不帶電，在靠近B球時，發(fā)生靜電感應，使A球靠近B球的端面出現(xiàn)負的感應電荷，而背向B球的端面出現(xiàn)正的感應電荷．A球上的感應電荷與驗電器上的正電荷發(fā)生相互作用，由于負電荷離驗電器較近而表現(xiàn)為吸引作用，從而使金屬箔片的張角減小，選項A正確，同時否定選項D.【答案】

AB驗電器可以判斷物體是否帶電、帶電荷的種類和電荷量的多少．當帶電體靠近驗電器導體棒上端或接觸導體棒上端時，驗電器的金屬箔片都會張開．但要注意區(qū)分帶電體靠近驗電器金屬球和接觸金屬球驗電器所帶電荷的不同．利用驗電器除了能試探電荷，還能演示靜電感應．3．如圖所示，帶正電的金屬球A靠近驗電器B，則(

)A．驗電器金屬箔片不張開，因為球A沒有和B接觸B．驗電器金屬箔片張開，因為整個驗電器都帶上了正電C．驗電器金屬箔片張開，因為整個驗電器都帶上了負電D．驗電器金屬箔片張開，因為驗電器下部金屬箔片都帶上了正電【解析】

A球帶正電，靠近驗電器B時發(fā)生靜電感應，驗電器上部金屬球帶負電，下端金屬箔片帶正電而張開．【答案】

D1．電荷：自然界中存在正、負兩種電荷，物體所帶電荷的多少叫做

，符號：Q，單位：庫侖(C)．2．摩擦起電用絲綢摩擦過的玻璃棒帶

，絲綢帶等量的

，是因為

上的部分電子轉(zhuǎn)移到

上；用毛皮摩擦過的橡膠棒帶

，毛皮帶

，是因為

上的部分電子轉(zhuǎn)移到

上．電荷量正電負電玻璃棒絲綢負電正電毛皮橡膠棒3．感應起電把電荷移近不帶電的導體，導體兩端出現(xiàn)

電荷，這種現(xiàn)象稱為

，利用這種方式使物體帶電叫做

．實質(zhì)：

從導體的一部分

到另一部分．4．電荷守恒定律：電荷既不能

，也不能

，只能從一個物體

到另一個物體，或者從物體的一部分

到另一部分．5．元電荷：物體所帶的最小電荷量，即質(zhì)子或電子的電荷量的絕對值e＝1.6×10－19C，所有帶電體的電荷量一定是e的

倍．等量異種靜電感應感應起電電子轉(zhuǎn)移創(chuàng)造消滅轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移整數(shù)1．(考查點：靜電感應現(xiàn)象)電視機的玻璃光屏表面經(jīng)常有許多灰塵，這主要是因為(

)A．這是灰塵的自然堆積B．玻璃有極強的吸附灰塵的能力C．電視機工作時，屏表面溫度較高而吸附灰塵D．電視機工作時，屏表面有靜電而吸附灰塵【解析】

該現(xiàn)象是一種靜電現(xiàn)象，即電視機在工作的時候，屏幕表面由于有靜電而吸附輕小物體灰塵，即D選項正確．【答案】

D2．(考查點：電荷守恒定律)一帶負電絕緣金屬小球被放在潮濕的空氣中，經(jīng)過一段時間后，發(fā)現(xiàn)該小球上帶有的負電荷幾乎不存在了．這說明(

)A．小球上原有的負電荷逐漸消失了B．在此現(xiàn)象中，電荷不守恒C．小球上負電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導走了D．該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的，仍然遵循電荷守恒定律【解析】

絕緣小球上負電荷減少是由于電子通過空氣導電轉(zhuǎn)移到外界，小球上電荷量減少，但是這些電子并沒消失；就小球和整個外界組成的系統(tǒng)而言，其電荷的總量仍保持不變，遵循電荷守恒定律．【