11静电现象与电荷守恒

在雷雨天，不同的云团靠近到一定的距离时，就会放电即产生雷电现象；若云团与地面上的树木、建筑物或人体间产生放电现象，就发生雷击．在天气干燥时，用塑料梳子梳头发，梳子会吸引头发；在脱下身上穿的毛衣时，会听到劈啪的响声，夜晚还会看到火花，这些都是因为摩擦起电所造成的．除了摩擦起电，还有其他方法使物体带电吗？现代社会中，从生产到生活，电的应用越来越广泛，电学知识的重要性毋容置疑，那么研究电学从什么地方入手呢？课程标准对我们高中生又提出了哪些要求呢？教材本章内容的设置，基于课程标准中的以下两条要求：

了解静电现象及其在生活和生产中的应用．用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象．课程标准要求学生应知道一个物体带电是由于电子的得与失，根据电荷守恒的知识知道物体带电是由于电子的转移，一个物体由于缺少电子带正电，必有另一物体得到了多余的电子带负电，而系统的电荷是不变的．1．1静电现象与电荷守恒在干燥的冬天，你也许有过这样的经历：当你经过铺有地毯的走道来到房间门口，在伸手接触金属门把的一刹那，突然听到“啪”的一声，手被麻了一下，弄得你虚惊一场．是谁在恶作剧？………原来是电荷在作怪．问题：1．这些电荷是哪里来的？2.物质的微观结构是怎样的？3.摩擦起电的原因是什么？4．除了摩擦起电，还有其它方法可以使物体带电吗？1、正电荷：把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷。2、负电荷：把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷。3、带电体的基本性质：吸引轻小物体。4、电荷间的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

一、自然界中的两种电荷1．基本定义具有吸引轻小物体的性质的物体带了电荷，自然界中只存在着两种电荷，即正电荷、负电荷．2．要点剖析电荷是物质的一种固有属性．组成物质的原子，由带负电的核外电子和带正电的原子核组成，由于通常情况下负电与正电的数量相等，物体并不显示电性．

如何使物体带电？

1.摩擦起电是由于相互摩擦的物体间的电子的得失而使物体分别带上等量异种电荷．玻璃棒与丝绸摩擦时，由于玻璃棒容易失去电子而带正电；硬橡胶棒与毛皮摩擦时，由于硬橡胶棒容易得到电子而带负电．易误警示(1)电并不是附着在物体上的，物质本身就有电，原子核就带正电，原子核外的电子就带负电．在正常情况下，物体原子中正、负电荷等量，物体呈中性．当物体失去一部分电子时，就带正电，物体获得多余电子，就带负电．(2)摩擦起电的实质是电荷的转移，相互摩擦的两物体摩擦后带何种电荷，取决于原子对电子的束缚能力，对电子束缚能力强的得到电子，从而带负电；对电子束缚能力弱的失去电子，从而带正电．(3)两相同物体摩擦不会起电，只有不同种的两物体，因它们原子核对核外电子束缚能力不同，摩擦才能起电，这种束缚能力相差越大，摩擦越容易起电．思维拓展(1)电荷间的相互作用电荷在它的周围空间形成电场(下一节学习)，电荷间的相互作用就是通过电场发生的．同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引．(2)检验物体是否带电的方法：①看是否吸引轻小的物体，吸引者带电．②用验电器．当物体接触验电器金属球后，其两金属箔片张开(同种电荷相斥而张开)，物体就带电．2.感应起电是指利用静电感应使物体带电的方式．例如：如图甲所示，将导体A、B接触后去靠近带电体C，由于静电感应，导体A、B上分别带上等量异种电荷，这时先把A、B分开，然后移去C，则A和B两导体上分别带上了等量异种电荷，如图乙所示．感应起电提出问题为什么带电棒靠近(并未接触)验电器的金属球，验电器的指针就会偏转猜想与假设当带电棒靠近(并未接触)验电器的金属球时，由于同种电荷相排斥，异种电荷相吸引，使验电器的金属球与指针分别带了异种电荷进行实验与收集证据1.让带电棒靠近(并未接触)验电器的金属球，观察验电器的指针是否会偏转2.移走带电棒观察验电器的指针的偏转情况3.让带电棒靠近(并未接触)验电器的金属球，用手触摸一下验电器的金属球，再移走带电棒观察验电器的指针的偏转情况感应起电分析与结论分析：上述过程1中验电器的指针会偏转，说明验电器的指针带了电；过程2中验电器的指针不再偏转，说明验电器的金属球与指针分别带的异种电荷发生了中和，都恢复到不带电状态；过程3中验电器的指针仍偏转，是因为用手触摸金属球时，金属球上的电荷流入大地，只有指针带电，将手和带电棒移走后，指针所带电荷便分布指针和金属球上，指针仍能偏转结论：将电荷移近不带电的导体，可以使导体中电荷重新分布，这种现象叫做静电感应3.接触带电比较简单，指一个不带电的金属导体跟另一个带电的金属导体接触后分开，而使不带电的导体带上电荷的方式．(3)三种起电方式的比较摩擦起电感应起电接触起电产生两种不同绝缘体摩擦时导体靠近带电体时导体与带电导体接触时现象两绝缘体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷导体带上与带电体相同的电荷原因不同物质对电子的束缚能力不同，导致电子的得失．束缚能力强的得电子，带负电；束缚能力弱的失电子，带正电异体中的自由电荷(电子)发生转移，使电荷重新分布，结果使靠近带电体一端所带的电荷电性与带电体相反；远离带电体一端与带电体所带电荷电性相同，即“近异远同”电荷在相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上实质电荷在物体之间或物体内部的转移学点：1.三种起电方式的实质：电荷在物体之间或物体内部的转移，并未创造新的电荷2.电荷的多少叫做电荷量，其单位是库仑，国际符号C.1．经典表述电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分．2．寻求源头各种起电及电荷中和的本质，均是电子的转移，微观上组成系统的正电荷(质子)与负电荷(电子)总数并没有发生变化，只是宏观上表现出的带正电、带负电、不带电的不同．3．应用技巧(1)正负电荷接触后先发生电荷的中和，若两带电体相同，则二者均分总净电荷量．(2)电荷守恒定律是自然界重要的基本规律之一．1．基本定义电子所带电荷量是最小电荷量，人们把这个最小电荷量叫做元电荷，用e表示．2．要点剖析(1)实验表明，所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍，e＝1.60217733×10－19C，计算中可取e＝1.60×10－19C．这是由美国物理学家密立根设计的油滴实验，取得了上千组数据后，得到的结论．

如下图所示，A、B是被绝缘支架分别架起的金属导体，并相隔一定距离，其中A带正电，B不带电．则以下说法中正确的是(

)A．导体B左端出现负电荷，右端出现正电荷，并且电荷量大小相等B．若A不动，将B沿图中aa′分开，则两边的电荷量大小可能不等，与如何分有关C．若A向B逐渐靠近，在B左端和右端的电荷量大小始终相等并且连续变化D．若A、B接触一下，A、B金属体所带总电荷量保持不变【解析】由于B导体中存在大量自由电子，在带正电的A的作用下，B中部分电子会被A吸引到左端而出现负电荷，右端由于缺少同样数量的电子而出现正电荷，所以A选项正确．根据电荷守恒定律，B中总电荷量仍为零．即使沿aa′分开B，只要B与外界没有电荷交换，B的左右两部分的电荷量总是等量异种，所以B选项错误．A向B逐渐靠近的过程中，B的左右部分异种电荷数量总是同步变化，但不连续变化；这是由于任何带电体的电荷量都不是连续的，只能是基本电荷量(e＝1.60×10－19C)的整数倍，所以C选项错误．A、B间接触后，A上部分正电荷转移到B上，这就发生了接触起电现象，虽然B的净电荷增加，但A、B的总电荷量保持不变．所以D选项正确．【答案】

AD感应起电的实质也是电子的转移，同样遵循电荷守恒定律．1．如右图所示，将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述几种方法能使两球都带电的是(

)A．先把两球分开，再移走棒B．先移走棒，再把两球分开C．先将棒接触一下其中的一球，再把两球分开D．棒的带电荷量不变，两导体球不能带电【解析】当将带电棒靠近导体球时，两个导体球上由于静电感应分别带上等量异种电荷，因此选项A对、B错．带电棒与导体球接触后，导体球上带上同种电荷，C对、D错．【答案】

AC有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量Q1＝6.4×10－9C，Q2＝－3.2×10－9C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少个？【答案】电子由B球转移到A球，转移了3.0×1010个电子．用带电物体与不带电物体接触或两个带相反电荷但所带电荷量不同的物体相接触，都可以使物体带电．前一种情况是两物体带同种性质的电荷，如果两个物体相同则平分电荷量，后一种情况是两个物体先中和相同量的异种电荷，然后分配剩余电荷．2．已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的，它们所带的电荷量如下表所示，表中e为元电荷.【答案】

AD

如右图所示，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金属箔片张角减小，则(

)A．金属球可能不带电B．金属球可能带负电C．金属球可能带正电D．金属球一定带负电【解析】验电器的金属箔片之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小决定于两金属箔片所带电荷量的多少．如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金属箔片上的正电荷逐渐“上移”，从而使两金属箔片的张角减小，选项B正确，同时否定选项C.如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应，使A球靠近B球的端面出现负的感应电荷，而背向B球的端面出现正的感应电荷．A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，由于负电荷离验电器较近而表现为吸引作用，从而使金属箔片的张角减小，选项A正确，同时否定选项D.【答案】

AB验电器可以判断物体是否带电、带电荷的种类和电荷量的多少．当带电体靠近验电器导体棒上端或接触导体棒上端时，验电器的金属箔片都会张开．但要注意区分带电体靠近验电器金属球和接触金属球验电器所带电荷的不同．利用验电器除了能试探电荷，还能演示静电感应．3．如图所示，带正电的金属球A靠近验电器B，则(

)A．验电器金属箔片不张开，因为球A没有和B接触B．验电器金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电C．验电器金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电D．验电器金属箔片张开，因为验电器下部金属箔片都带上了正电【解析】

A球带正电，靠近验电器B时发生静电感应，验电器上部金属球带负电，下端金属箔片带正电而张开．【答案】

D1．电荷：自然界中存在正、负两种电荷，物体所带电荷的多少叫做

，符号：Q，单位：库仑(C)．2．摩擦起电用丝绸摩擦过的玻璃棒带

，丝绸带等量的

，是因为

上的部分电子转移到

上；用毛皮摩擦过的橡胶棒带

，毛皮带

，是因为

上的部分电子转移到

上．电荷量正电负电玻璃棒丝绸负电正电毛皮橡胶棒3．感应起电把电荷移近不带电的导体，导体两端出现

电荷，这种现象称为

，利用这种方式使物体带电叫做

．实质：

从导体的一部分

到另一部分．4．电荷守恒定律：电荷既不能

，也不能

，只能从一个物体

到另一个物体，或者从物体的一部分

到另一部分．5．元电荷：物体所带的最小电荷量，即质子或电子的电荷量的绝对值e＝1.6×10－19C，所有带电体的电荷量一定是e的

倍．等量异种静电感应感应起电电子转移创造消灭转移转移整数1．(考查点：静电感应现象)电视机的玻璃光屏表面经常有许多灰尘，这主要是因为(

)A．这是灰尘的自然堆积B．玻璃有极强的吸附灰尘的能力C．电视机工作时，屏表面温度较高而吸附灰尘D．电视机工作时，屏表面有静电而吸附灰尘【解析】

该现象是一种静电现象，即电视机在工作的时候，屏幕表面由于有静电而吸附轻小物体灰尘，即D选项正确．【答案】

D2．(考查点：电荷守恒定律)一带负电绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了．这说明(

)A．小球上原有的负电荷逐渐消失了B．在此现象中，电荷不守恒C．小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了D．该现象是由于电子的转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律【解析】

绝缘小球上负电荷减少是由于电子通过空气导电转移到外界，小球上电荷量减少，但是这些电子并没消失；就小球和整个外界组成的系统而言，其电荷的总量仍保持不变，遵循电荷守恒定律．【