初中物理竞赛教程(基础篇)第22讲-简单的电现象

1第22讲简单的电现象22.1学习提要22.1.1摩擦起电和两种电荷物体能够吸引轻小物体的性质称为物体带了电，或者说带了电荷。人们把用摩擦的方法使物体带电的过程叫做摩擦起电。自然界中只存在两种电荷，人们把用绸子摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫做负电荷。22.1.2电荷间的相互作用规律同种电荷相互排斥，异种电荷互相吸引。22.1.3摩擦起电的微观解释通常原子核内质子所带的正电荷与核外电子所带的负电荷数量相等，对外不显示带电性。中性原子失去电子，对外显示带正电。对外显示带正电的原子一般称作正离子。中性原子得到多余电子，对外显示带负电。对外显示带负电的原子一般称作负离子。摩擦起电并不是创造了电，只是实现了电子的转移。22.1.4接触起电让不带电的物体接触带电体，使不带电的物体带电的方法叫做接触起电。接触时，电荷从带电体上转移到不带电的物体上，使之带上同种电荷。22.1.5感应起电用感应的方法使物体带电叫做感应起电。要用静电感应的方法使物体带电，常用以下两种方法中的一种。1.分离法若导体A、B两部分可以分并，则应先将A、B分离，如图22-1(a)所示，然后再移开带电体C。这样就可以分别使A、B带上等量异种的电荷。2（a）（b）（c）图22-12.接地法若导体D不能分离，可用接地法。感应起电后，用手接触一下导体，或将导体与地接通一下，使导体D和地球成为一体，地球变成这个导体的最远端。当导体D与地球分离以后，整个导体D就带与C相异种的电荷，如图22-1(c)所示。这个办法必须注意：先用手接触一下导体，这个“一下”，包括先接触然后断开，最后才能移走带电体C，否则导体不可能感应起电。22.1.6电流的形成1.导体和绝缘体（1）导体的定义：容易导电的物体叫做导体。常见的导体有金属、人体、大地、石墨以及各种酸、碱、盐的水溶液等。（2）绝缘体的定义：不容易导电的物体叫做绝缘体。常见的绝缘体有橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、油、空气等。在一定的条件下，绝缘体会转化成导体。（3）导体和绝缘体的微观解释：导体中存在大量能够自由移动的自由电荷，所以导体容易导电。绝缘体中存在极少的自由电荷，所以绝缘体不容易导电。（4）半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质叫做半导体。半导体的电阻大小通常会随着温度的升高而减小。用半导体材料做成的二极管的导电性能与它两端所加电压的极性有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电。人们利用半导体的这一特性，可以把方向交替变化的交流电变成直流电，这就是半导体二极管的整流效应。因此常用半导体二极管整流。2.电流的形成和电流的方向3（1）电荷的定向移动形成电流。【注意】金属导体中的自由电荷是自由电子；在各种酸、碱、盐的水溶液中，自由电荷是正离子和负离子。（2）人们规定正电荷移动的方向为电流的方向。在金属导体中，能参与导电的自由电荷是自由电子，电流方向是自由电子实际移动的反方向。（3）形成电流的条件有两个：①电源（或电压）；②通路。22.2难点释疑22.2.1检验物体是否带电的方法1.利用带电体具有的性质来判断如果一个物体A能够吸引一个轻小物体，根据带电体能够吸引轻小物体的性质，可以断定这个物体A是带电的。2.利用电荷间相互作用的规律来判断如果一个物体A能够吸引另一个物体B，不能断定物体A—定带电。因为如果物体B与物体A带异种电荷，它们之间可以相互吸引；如果物体A不带电，物体B带了电，它们之间也可以相互吸引。但是，如果物体A排斥物体B，就一定能断定物体A也带电。因为只有同种电荷之间才会出现排斥现象，而且还可以判断物体A与物体B必定带同种电荷。3.用验电器来检验金属箔验电器是实验室里常用的一种检验物体是否带电的仪器。它由金属球、金属杆、金属箔等几部分组成，如图22-2(a)所示。它的原理是利用了电荷间的相互作用。当用带电体接触验电器的金属球时，就有一部分电荷转移到验电器的金属箔片上，这两片金属箔片由于带同种电荷互相排斥而张开。验电器金属箔片张开的角度不同，反映了带电体传给验电器的电荷的多少不同。如图22-2(b)所示的是指针式验电器，其原理与金属箔验电器相同。422.2.2带电、导电与放电导电表示物体容易让电荷通过，带电表示物体缺少电子或有多余的电子，这是两个不同的概念。放电则是指正负电荷相遇，形成瞬问电流。由于电流的热效应，放电时在极短的时间内使导体的温度升高，可导致发光、发声的现象。22.3例题解析22.3.1检验物体是否带电例1有四个轻小物体，A靠近B时相互吸引，B靠近C时相互排斥，C靠近D时相互吸引，已知C带正电，则A、D靠近时有什么现象发生？【点拨】自然界中只有两种电荷，一种是丝绸摩擦过的玻璃棒所带的是正电荷；另一种是毛皮摩擦过的橡胶棒所带的是负电荷。同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引，而带电体还具有吸引不带电的轻小物体的性质。综上所述：当两个物体靠近时，如果发生排斥现象，则可以断定两个物体一定带同种电荷；当两个物体靠近时，如果发生吸引现象，则两个物体可能带异种电荷，也可能一个带电，另一个不带电。【答案】B靠近C时相互排斥，说明它们带同种电荷，已知C带正电，所以B也带正电。A靠近B时相互吸引，已知B带正电，所以A可能带负电，也可能不带电。C靠近D时相互吸引，已知C带正，所以D可能带负电，也可能不带'电。当A、D靠近时，如果A带负电，D带负电，则表现为排斥现象；如果A带负电，D不带电，则表现为相互吸引现象；若A不带电，D带负电，也表现为相互吸引现象；如果A不带电，D也不带电，表现为既不相互吸引，也不相互排斥。【反思】考虑问题要全面，推理要符合逻辑。522.3.2感应起电例2根据图22-3所示，回答下列问题：（a）（b）（c）（d）（e）（f）图22-3（1）将一个带正电的金属小球移近一个与地绝缘的不带电导体时（图（a）），小球受到吸引力还是排斥力？（2）若小球带负电（图（b）），小球受力情况将如何？（3）若当小球在导体近旁（但未接触）时，将导体远端接地（图(c)），小球受力情况如何？（4）若将导体近端接地(图(d))，小球受力情况如何？【点拨】（1）导体中存在能够自由移动的自由电子；当带正电的金属小球靠近时，导体中的自由电子受到吸引力而移动到近端，远端的导体由于缺少电子而带正电。（2）当带负电的金属小球靠近时，导体中的自由电子受钊排斥力而移动到远端，近端的导体由于缺少电子而带正电。（3）若当带正电的小球在导体近旁但未接触，将导体远端接地时，导体中的自由电子受到吸引力而移动到近端，远端的导体缺少的电子由于接地而得到补充。（4）若当带正电的小球在导体近旁但未接触，将导体近端接地时，近端的导体缺少的电子由于接地而得到补充。【解答】（1）将一个带正电的金属小球移近一个绝缘的不带电导体时，小球受到吸引力。（2）将一个带负电的金属小球移近一个绝缘的不带电导体时，小球也受到吸引力。（3）当带正电的小球在导体近旁但未接触，将导体远端接地时，导体近端带负电而远端不带电，小球受到吸引力。（4）当带正电的小球在导体近旁但未接触，将导体近端接地时,导体近端带负电而远端不带电，小球受到吸引力。【反思】在图22-3中，将图（c）稍做改变，如：（1）若导体在未接地前与小球接触一下（图（e）），将发生什么情况？这时由于导体不接地，带正电的小球与导体接触，导体会发生接触起6电现象，导体也舍带上正电荷，同种电荷互相排斥，小球与导体间存在着排斥力。因此会出现先吸引后分开的情况。又如：（2）若将导体接地，小球与导体接触一下后（图（f）），将发生什么情况？这时导体接地，小球与导体接触一下后，由于小球带的电荷将分布到导体及与导体连接的地球上。最后出现实际上小球与导体均不带电的情况，彼此间既无吸引力也无斥力。23.3.3电中和现象例3现有一根被毛皮摩擦过的橡胶棒和一根跟这根橡胶棒带等量异种电荷的绝缘金属棒，如果两棒仅在某一带电部位相互接触，则（）A、两棒所带电荷全部中和，它们都恢复成不带电的状态B、两棒所带电荷不发生中和现象，它们各自所带的电量保持不变C、两棒所带电荷部分中和，它们仍带等量的异种电荷，但每棒电量减少D、金属棒恢复成不带电的状态，而橡胶棒仍带少量的电荷【点拨】：两棒仅在某一带电部位相互接触，接触部分发生中和现象。由于橡胶棒是绝缘体，没有接触部分仍然带有电荷，故两棒所带电荷部分中和，它们仍带等量的异种电荷.但毎棒电量减少。【答案】：C23.3.4电流方向的判断例4有两个相同的验电器A和已知A验电器带正电验电器带负电。用一个带绝缘柄的金属丝把两个验电器的金属球连接起来，金属丝中有无电流通过？如果有，电流方向怎样？【点拨】：人们规定正电荷移动的方向为电流的方向。在金属导体中，能够移动的自由电荷是自由电子，电流方向是自由电子实际移动的反方向。A验电器带正电是由于缺少电子，B验电器带负电是由于多余电子。【解答】：当用金属丝把它们的金属球相连接时，金属丝中有电流通过。会有自由电子沿着金属丝从B验电器转移到A验电器，发生定向移动形成电流。金属丝中的电流方向是A验电器流向B验电器。7【反思】：随着自由电子从B验电器流向A验电器，由于多余的自由电子减少，B验电器的金属箔片会渐渐减小张角。由于得到缺少的自由电子——负电荷，A验电器上的正电荷与得到的负电荷发生中和现象，所带正电荷量减小，A验电器的金属箔片也会渐渐减小张角。如果原来A验电器所带的正电荷量和B验电器所带的负电荷量相等，则A、B验电器都恢复成不带电的状态而张角为零。如果原来A验电器所带的正电荷量和B验电器所带的负电荷量不等，则带电量少的验电器先恢复成不带电的伏态而张角为零，再带上与带电量多的验电器同种电荷而微微张开，两个验电器的张角相等。23.4强化训练A卷1、用丝绸摩擦过的玻璃棒带________电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带______电(选填“正”或“负”）。实验表明：任何带电体不是与跟丝绸摩擦过的玻璃棒吸引，就一定与毛皮摩擦过的橡胶棒_________；任何带电体不是与跟毛皮摩擦过的橡胶棒排斥，就一定与丝绸摩擦过的玻璃棒_________（选填“吸引”或“排斥）。2、自然界中只存在______种电荷。用毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮所带的电荷是_____电荷。3、某同学在一次实验中，利用甲、乙、丙三只带电小球，两两靠近时，会出现如图22-4所示的情形。该同学实验前已知道甲球带正电，根据图示的现象该同学判断乙球带正电，丙球带负电。你认为该同学的判断________（选填“正确”或“不正确”）。判断的依据是_______。图22-484、在铅笔芯、盐水、人体、锗、水银、橡胶、空气、大地、硬币、油、干燥的木棒、玻璃、桂中，属于导体的有_______________，因为它们_________导电；属于绝缘体的有_____________；因为它们______导电；属于半导体的是________，因为它们的导电能力介于___________和___________之间。5、有A、B、C、D四个带电体，A吸引B，B排斥C，C吸引D，已知D带正电，则A带_______电，B带______电，C带_______电。6、现有a、b、c、d四个通草球，已知a球能吸引b、c、d三个球，b、c两球相互排斥，c、d两球相互吸引，可以断定（）A、a球一定不带电B、d球一定不带电C、a、d两球中有一个不带电D、四个小球都带电7、验电器原来带负电，当把一个导体靠近验电器上的金属球（不接触）时，验电器金属箔的张角增大，这说明（）A、导体一定带正电B、导体一定带负电C、导体可能带正电也可能不带电D、导体可能带负电也可能不带电8、验电器原来带正电，物体A接触验电器的金属球后，发现验电器的金属箔先闭合后又张开，这表明（）A、物体A原先带正电B、物体A原先带负电C、物体A原先不带电D、物体A原先可能带负电也可能不带电99、两个金属导体，甲带正电，乙不带电，将两者接触使乙带电的过程是（）A、甲的正电荷移向乙，乙带正电B、乙的正电荷移向甲，乙带负电C、甲的正电荷移向乙，乙带