摩擦起电的原因是什么？

问题53.摩擦起电的原因是什么？◇学生提问我们经常在加油站看到一条醒目的警示：“严禁用塑料桶运汽油”。这是因为在运输过程中汽油会不断与筒壁摩擦，使塑料桶带________，造成火灾隐患。老师，听说种现象是摩擦起电的现象，那为什么摩擦能起电呢？为什么会造成火灾隐患？您给我讲讲吧！◇问题探究摩擦起电的现象（重要性：★★★）老师：别急，我们先来了解生活中哪些现象是摩擦起电引起的吧。你看照片中的实验现象，这是用塑料梳子梳理完干燥的头发后，用塑料梳子靠近碎纸屑时出现的情形，这说明了什么？学生：塑料梳子与干燥的头发相互摩擦，那梳子就带了电，碎纸屑被吸引起来；这说明：摩擦起电后带电物体能吸引轻小物体！老师：对，我们可以通过观察物体是否吸引轻小物体来判断物体是否带电。那你在生活中见到过摩擦起电现象吗？说说看。学生：见过一些：就象图中的情景那样，我见妈妈梳头时，在梳子离开头发后，有些头发丝会被梳子吸引着移动；春秋天我身上穿化纤衣服时，化纤衣服与衬裤摩擦，特别容易吸附灰尘，有时衣服会粘在身上，在晚上脱衣时，有时会发出响声，甚至出现火花。哈哈，我忽然想起了在小学科学课上学到的电荷规律：自然界就两种电荷，用丝绸摩擦的玻璃棒带的电荷是正电荷；用毛皮摩擦的橡胶棒带的电荷是负电荷，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引！那还可以根据这一规律判断物体是否带电！老师，我说的对吗？老师：有道理！但要给你提个醒，如果两个轻小物体相互排斥，能确定它们带同一种电荷；但如果两个轻小物体相互吸引，能确定它们一定带异种电荷吗？学生：晕，一高兴忽视了个大问题！由于带电体本身就能吸引轻小物体，那两个轻小物体相互吸引，只能确定有一个带电，另一个不一定带电，要么带异种电荷，要么不带电。谢谢老师提醒！那摩擦起电的原因到底是什么呢？原子的结构（重要性：★★★）老师：要了解摩擦起电的原因，我们得从微观角度来认识原子的结构。你已经在化学学过了原子与分子的知识，说说看？学生：如图所示，构成物质的基本微粒就是原子。原子是由位于原子中心的原子核和核外的电子构成的。其中原子核带正电荷，电子带负电荷。每个原子的原子核所带的正电荷数量与核外的电子数量相等，所以原子呈中性。原子核带正电荷的原因是，原子核又是由质子和中子两种微粒组成，其中中子不带电，而质子带正电荷。原子核中有几个质子，这个原子的外面就有几个电子。至于质子和中子的构成，我就看不懂了！老师：呵呵，想不到学生的知识很渊博呀！对物质的微观认知科学家正在不断探索，只要你好好学，总有一天你也能加入到这一行列！摩擦起电的原因（重要性：★★★★）老师：学生，原子核外面的电子是怎样排列的？学生：我想想，目前我知道的电子排布规律是这样的:1.每层最多可容纳2n×2个；2.最外层容纳8个(只有1层的时候最多可容纳2个)；例如钠原子核外有11个电子，第一层有2个电子，第2层有8个电子，那最外层只有1个电子，如图所示。老师：那不同物质的原子核电荷数不同，核外的电子数也不同，对这种元素的活泼性质有影响吗？学生：我想想，最外层电子数是决定其化学性质的重要依据。例如：最外层电子数少，如Na只有一个，容易失去，达到最外层8电子稳定结构，使得Na有强还原性。再如，Cl最外层电子数7，就不容易失去，而是倾向于得到电子，或公用电子，达到8电子稳定结构。当原子电子层最外层电子为4时，通常形成共价化合物，因为电子得失能力一样，例如CO2。老师：很好，那从物理学的角度分析，不同物质的原子核对电子的束缚能力相同吗？学生：不同物质的原子核对电子的束缚能力是不同的。哦，我明白了：当两种物体相互摩擦时，原子核束缚电子的本领弱的物质会被原子核束缚电子的本领强的物质吸引过去一些电子；得到电子的物体因电子的数量比原子核所带正电荷数多而显示带负电；失去电子的物体因电子的数量比比原子核所带正电荷数少而显示带正电。所以摩擦起电的原因就是：不同物质的原子核束缚电子的本领不同！物体失去电子带正电，得到电子带负电。摩擦起电的实质（重要性：★★★★）老师：很好，实验表明：毛皮、玻璃（或有机玻璃）、丝绸、电木、木材、尼龙、涤纶、金属、硬橡胶、聚丙烯、聚乙烯、石蜡、聚四氟乙烯这些物质中，任何两种物质相互摩擦时，排在前面的物体带正电，排在后面的物体带负电。而且，两种物体在序列中相隔越远、摩擦起电效果越好。那摩擦起电是不是创造了电荷呢？学生：不是，因为摩擦之前，两个物体的正、负电荷就存在于原子的范围内。相互摩擦时，原子核对核外电子束缚本领弱的物体的一部分电子转移到与它相摩擦的另一物体上，这个物体失去多少电子，那个物体就得到多少电子，电荷的总量并没有改变。因此，摩擦起电并不是创造了电，它的实质是电子发生了转移。◇学生笔记摩擦起电的原因是：不同物质的原子核束缚电子的本领不同！原子核束缚电子本领弱的物体失去电子带正电，原子核束缚电子本领强的物体得到电子带负电。摩擦起电的实质是：电子的转移。◇要点训练1.用与橡胶棒摩擦过的毛皮靠近与丝绸摩擦过的玻璃棒，则毛皮与玻璃棒()A．相互吸引B．相互排斥C．无相互作用D．无法判断答案：B解析：用与橡胶棒摩擦过的毛皮因失去一部分电子而带正电；丝绸摩擦过的玻璃棒也因为失去一部分电子而带正电；同种电荷相互排斥，所以它们相互排斥。2.有些化纤布料做成的衣服穿在身上很容易脏，这主要是因为化纤布料容易发生现象而吸引细小的灰尘所造成的。答案：摩擦起电解析：化纤衣服与其他衣物的原子核对电子的束缚本领不同，所以在人行走时它们相互摩擦而使化纤衣服带电；而带电体的基本性质就是吸引轻小物体，所以灰尘容易被吸附在衣服表面，显得很脏。3.原子核中带正电的粒子是()A．质子B．中子C．电子D．原子答案：A解析：从微观角度分析，原子核外的电子带负电，是最小的电荷，称为元电荷；原子核带正电，原因就是构成原子核的质子带正电。4.如果物体具有_________________的性质，我们就说物体带了电，或者说带了______，用___________的方法使物体带电叫摩擦起电。答案：吸引轻小物体电（或电荷）摩擦解析：带电体的基本性质就是能吸引碎纸屑、头发丝之类的轻小物体。而使物体带电的方法很多，摩擦起电只是其中的一种方法。5.自然界中只有___________电荷，人们把用绸子摩擦过的_________上所带的电荷叫正电荷，把________上所带的电荷叫负电荷。答案：两种玻璃棒丝绸解析：丝绸的原子核比玻璃的原子核束缚电子的本领强，所以相互摩擦时，一部分电子从玻璃转移到丝绸上，玻璃因失去一些电子而带正电；丝绸因得到一些电子而带负电。6.验电器是根据___________________________的规律制成的，用来检验物体_________。答案：同种电荷相互排斥是否带电解析：当验电器与带电体接触或靠近时，内部的两个金属箔片因带了同种电荷而相互排斥，因而有了一定的张角。我们正是通过观察是否出现这一现象来进行判断的。7.摩擦起电并不是__________，只是电荷从一个物体__________到另一个物体，使__________分开。答案：创造了电荷转移电荷（或电子）解析：摩擦之前，两个物体的正、负电荷就存在于原子的范围内。相互摩擦时，原子核对核外电子束缚本领弱的物体的一部分电子转移到与它相摩擦的另一物体上，这个物体失去多少电子，那个物体就得到多少电子，电荷的总量并没有改变。8.用细线悬挂着一个带电的通草球，在把用绸子摩擦过的玻璃棒逐渐靠近通草球的过程中，发生通草球先被吸引，跟玻璃棒接触一下又被弹开的现象，当通草球被弹开时，它（）A．带正电荷B．带负电荷C．可能不带电荷D．无法判断答案：A解析：绸子摩擦过的玻璃棒带正电；逐渐靠近通草球的过程中，发生通草球先被吸引，说明通草球带负电；跟玻璃棒接触时，通草球带的负电先被中和，然后继续有电子向玻璃棒转移，因此当通草球被弹开时，它因失去电子而带正电。9.两个带等量异种电荷的物体互相接触，然后再分开，则（）A．由于正负电荷的消失，两物体不带电B．正负电荷中和，两物体带电量有所减少C．正负电荷中和，两物体不带电D．以上情况均有可能答案：C解析：两个带等量异种电荷的物体互相接触时，带负电的物体多余的电子就转移到了带正电的物体上，两个物体最后正、负电荷量相等，所以不再显示带电。这种现象是正、负电荷的中和，并不是正、负电荷消失了。