第一节　静电现象 学习目标：1.[物理观念]知道物体起电的三种方式。理解其微观解释。　 2.[物 理观念]熟记电荷守恒定律。　3.[物理观念]记住元电荷的概念。　4.[科学思维]能用 原子结构和电荷守恒定律分析问题。 一、各种起电方式 1．两种电荷的性质：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 2．物体带电的三种方法：摩擦起电、感应起电、接触起电。 二、元电荷 1．电荷量：物体所带电荷量的多少叫作电荷量，常用符号 Q 或 q 表示，其国 际单位是库仑，符号为 C。 2．元电荷：科学实验发现电子所带的电荷量最小，且其他带电体所带电荷量 是电子或质子电荷量的整数倍，人们把一个电子或质子所带电量的绝对值叫元电荷 ， 用 e 表示，在计算中通常取 e＝1.60×10－19 C。 3．比荷：电子的电荷量 e 跟电子的质量 me 之比，叫作电子的比荷，其值为＝ 1.76×1011 C/kg。 三、电荷守恒定律 1．内容：电荷既不能被创造 ，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到其 他物体，或者从物体的一个部分转移到另一部分。在任何转移的过程中，电荷的总 量保持不变。 2．适用范围：电荷守恒定律不仅在一切 宏观物理过程中成立，而且也是一切 微观物理过程所普遍遵守的规律。 四、静电现象的解释 1．摩擦起电 当两个物体互相摩擦时，使一个物体中的一些原子的电子获得了 能量，挣脱了 原子核的束缚，转移到了另外一个物体上。如玻璃棒与丝绸摩擦时，玻璃棒容易失 去电子而带正电，丝绸因有了多余电子而带负电。 2．感应起电 当一个带电体靠近导体时，导体中的自由电子会向靠近或远离带电体的地方移 动。使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷，这种现 象叫作静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)不论是摩擦起电还是感应起电，都是电荷的转移。 (√) (2)两个互相摩擦的物体一定是同时带上种类不同的电荷，且电荷量相等。 (√) (3)带等量异种电荷的两个导体接触后 ，电荷会消失，这种现象叫作电荷的湮灭。 (×) (4)任何带电体的电荷量都是 e 的整数倍。 (√) 2．公元 1 世纪，东汉王充《论衡·乱龙》中记录了“顿牟掇芥”。顿牟即琥珀(也 有玳瑁的甲壳之说 )，芥指芥菜子，统喻干草、纸等的微小屑末。这个词的意思就 是经过摩擦的琥珀能吸引干草、纸等轻小的物体。下列关于这个现象的解释正确的 是(　　) A．经过摩擦的琥珀有了磁性 B．经过摩擦的琥珀带了电 C．琥珀与干草带异种电荷 D．琥珀与干草带同种电荷 B　[摩擦可以使物体带电，经过摩擦的琥珀带了电，能吸引干草、纸等轻小的 物体，故 B 正确，A 错误。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；带电体都有吸 引轻小物体的性质，干草不一定带电，故 CD 错误。] 3．(多选)下列关于电荷量和元电荷的说法正确的是(　　) A．物体所带的电荷量可以是任意实数 B．物体带正电荷 1.6×10－9 C，是因为失去了 1.0×1010 个电子 C．物体带电量的最小值是 1.6×10－19 C D．以上说法都不正确 BC　[元电荷的数值为 e＝1.6×10－19 C，任何带电体的电荷量都是 e 的整数倍， 所以物体带的电荷量不能是连续的数值，更不能是任意的，所以 BC 正确。] 对三种起电方式的理解 (1)如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体 A 和 B，使它们彼此接触。起初它们 不带电，贴在下部的金属箔片是闭合的。 ① 把带正电荷的物体 C 移近导体 A，金属箔片有什么变化？ ② 这时把 A 和 B 分开，然后移去 C，金属箔片又有什么变化？ ③ 再让 A 和 B 接触，又会看到什么现象？ (2)带正电的物体 A 与不带电的物体 B 接触，使物体 B 带上了什么电荷？在这个 过程中电荷是如何转移的？ 提示：(1)①C 移近导体 A，两侧金属箔片都张开； ② 金属箔片仍张开，但张角变小； ③A、B 接触，金属箔片都闭合。 (2)正电荷，在这个过程中，有电子从物体 B 转移到物体 A，物体 B 中电子数量 减少，因此带正电。 1.三种起电方式的比较 方式 摩擦起电 感应起电 接触起电 内容　 产生条 件 现象 微观解 释 两不同绝缘体摩擦 时 两物体带上等量异 种电荷 不同物质的原子核 对核外电子的约束 力不同，摩擦时电 子从一物体转移到 导体靠近带电体时 导体与带电体接触时 导体两端出现等量异种电 导体带上与带电体电性 荷 相同的电荷 导体中的自由电子受到带 电荷间的相互作用，使 电体对它的排斥(或者吸引)， 得自由电子在带电体和 而移向导体的远端(或者近 端) 另一物体 实质 均为电荷在物体之间或物体内部的转移 2.三种起电方式各自遵循的规律 导体上转移，且重新分 布 (1)摩擦起电时电荷转移的规律： ① 摩擦起电时，原子核中的质子不能脱离原子核而移动 ，即相互摩擦的两个物 体中转移的不可能是正电荷，转移的只是负电荷，即电子。 ② 电中性的两个绝缘体相互摩擦，带正电的物体一定是失去了电子 ，带负电的 物体一定是获得了电子。 (2)感应起电的分布规律： ① 近异远同：用带电体靠近不带电的导体时 ，会在靠近带电体的一端感应出与 带电体电性相反的电荷，远离带电体的一端感应出与带电体电性相同的电荷。 ② 等量异性：用带电体靠近不带电的导体(或两不带电的相互接触的导体)时， 会在原不带电的导体两端(或两不带电的相互接触的导体上)感应出等量异种的电荷。 (3)接触起电时电子转移的规律： ① 带负电的物体与不带电的中性物体接触 ，电子由带负电的物体转移到中性物 体上。 ② 带正电的物体与不带电的中性物体接触 ，电子由中性物体转移到带正电的物 体上。 ③ 带正电的物体与带负电的物体接触 ，电子由带负电的物体转移到带正电的物 体上。 【例 1】　(多选)如图所示，A、B 为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体， 起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C 是带正电的小球，下列说法正确 的是(　　) A．把 C 移近导体 A 时，A、B 上的金属箔片都张开 B．把 C 移近导体 A，先把 A、B 分开，然后移走 C，A、B 上的金属箔片仍张 开 C．把 C 移近导体 A，先把 C 移走，再把 A、B 分开，A、B 上的金属箔片仍张 开 D．把 C 移近导体 A，先把 A、B 分开，再把 C 移走，然后重新让 A、B 接触， A 上的金属箔片张开，而 B 上的金属箔片闭合 AB　[虽然 A、B 起初都不带电，但带正电的导体 C 对 A、B 内的电荷有力的作 用，使 A、B 中的自由电子向左移动，使得 A 端积累了负电荷，B 端带正电荷，其 下部贴有的金属箔片分别带上了与 A、B 同种的电荷，所以金属箔片都张开，A 正 确；C 只要一直在 A、B 附近，先把 A、B 分开，A、B 上的电荷因受 C 的作用力不 可能中和，因而 A、B 仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走 C，A、B 所带电 荷量也不变，金属箔片仍张开，B 正确；但如果先移走 C，A、B 上的感应电荷会马 上 中和 ，不 再带 电， 所以 箔片 都不 会张 开， C 错 ；先 把 A、B 分开 ，再 移走 C，A、B 仍然带电，但重新让 A、B 接触后，A、B 上的感应电荷会完全中和，金属 箔片都不会张开，D 错。] 感应起电成功的关键是导体先分开为两部分，然后移去带电体，具备以下两个 特点： 1近异远同；2等量异性。 跟进训练] 1．使带电的金属球靠近不带电的验电器 ，验电器的箔片张开，下列各图表示 验电器上感应电荷的分布情况，其中正确的是(　　) B　[由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以验电器的上端应带上与 小球异号的电荷，而验电器的箔片上将带上与小球同号的电荷；故 ACD 项错误，B 项正确。] 电荷守恒定律、元电荷 (1)在摩擦起电过程中，一个物体带上了正电荷，另一个物体带上了负电荷，该 过程是否创造了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增多或减少吗？ (2)物体所带的电荷量可以是任意的吗？物体所带的电荷量可以是 4×10－19 C 吗？ (3)电子和质子就是元电荷吗？ 提示：(1)摩擦起电的过程并没有创造电荷，一个封闭的系统中，电荷的总量保 持不变。 (2)物 体 所 带 的 电 荷 量 不 是 任 意 的 ， 它 只 能 是 1.60×10 － 19 C 的 整 数 倍 。 由 于 4×10－19 C 是 1.60×10－19 C 的 2.5 倍，所以物体所带的电荷量不能是 4×10－19 C。 (3)元电荷是最小的电荷量，不是物质；电子和质子是实实在在的粒子，不是元 电荷。 1．“中性”与“中和”的区别 (1)电中性的物体是有电荷存在的，只是正、负电荷的代数和为零，对外不显电 性。 (2)电荷的中和是指等量正、负电荷完全抵消的过程，但正、负电荷本身依然存 在，并没有消失。 2．物体带电的实质 不论哪一种带电方式都没有创造电荷 ，也没有消灭电荷，本质都是电子发生了 转移。 3．完全相同的金属球接触带电时电荷量的分配情况 (1)用带电荷量是 Q 的金属球与不带电的金属球接触后，两小球均带的电荷量， 电性与原带电金属球电性相同。 (2)若两金属球带同种电荷 Q1、Q2，接触后每个金属球所带的电荷量均为总电荷 量的一半，即 Q1′＝Q2′＝，电性与两金属球原来所带电荷的电性相同。 (3)若两金属球带异种电荷 Q1、－Q2，接触后先中和等量的异种电荷，剩余的电 荷量平均分配即 Q1″＝Q2″＝，电性与接触前带电荷量大的金属球的电性相同。 4．元电荷 (1)元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分。 (2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷。 (3)电子的比荷：电子的电荷量 e 与电子的质量 me 之比，叫做电子的比荷。 【例 2】　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 QA＝ 6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属小球接触。在接触后，A、B 带电荷 量各是多少？此过程中电子发生了怎样的转移，转移了多少电荷量？ [解析]　接触后两小球带电量 QA′＝QB′＝＝ C＝1.6×10 － 9 C，在接触过程中，电子由 B 球转移到 A 球，不仅 将自身净电荷中和，且继续转移，使 B 球带 QB′的正电荷。这样，共转移的电子电 荷量为： ΔQ＝QB－QB′＝(－3.2×10－9－1.6×10－9) C＝－4.8×10－9 C。 [答案]　均为 1.6×10－9 C　电子由 B 球转移到了 A 球，转移了 4.8×10－9