师:同学们大家好,欢迎来到今天的物理课堂。请打开课本和学习任务单,开始今天的学习。今天我们要学习初中物理北师大版九年级全一册第十一章第三节“电荷”。
先来看两幅图片:北方冬天脱毛衣时,会有噼啪声,还伴随着电火花;用梳子梳头,头发越梳越蓬松,甚至飘起来。这是为什么呢?其实这些现象都与电有关,让我们边学习今天的课程,边寻找原因。
请同学们通过一段视频观察实验现象:一个塑料勺靠近碎纸屑,没有现象发生;用毛毡摩擦塑料勺,再次靠近碎纸屑,碎纸屑被吸引起来。这说明塑料勺经过摩擦后发生了某种变化。我们说塑料勺经过摩擦后带了电,或者说带了电荷。而带电体能够吸引轻小物体,这种用摩擦的方法使物体带电的现象叫摩擦起电。
再来看几个生活中常见的摩擦起电现象:与头皮摩擦后的塑料梳可以吸引碎纸屑;与毛巾摩擦过的气球可以吸引水流,将气球靠近头发,头发也会被吸引。
带电体能够吸引轻小物体,那么带电体之间是否有相互作用呢?让我们通过一个实验来探究。
同学们,你们看到什么现象呢?我们看到两根与丝绸摩擦后的玻璃棒靠近后相互排斥,两根与毛皮摩擦后的橡胶棒靠近后也相互排斥;最后用与丝绸摩擦过的玻璃棒靠近与毛皮摩擦过的橡胶棒,它们相互吸引。
通过实验现象可知,电荷间有相互作用。实验中两根与丝绸摩擦的玻璃棒所带电荷相同,它们相互排斥;两根与毛皮摩擦的橡胶棒所带电荷也相同,它们同样相互排斥;而与丝绸摩擦的玻璃棒和与毛皮摩擦的橡胶棒相互吸引,这说明与丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷和与毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷不同。
大量实验表明,对任何物体,无论用什么方法使其带电,它们所带电荷或者与橡胶棒所带电荷相同,或者与玻璃棒所带电荷相同。也就是说,自然界中只存在两种电荷。我们规定:用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫正电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫负电荷。
对上述实验进行分析,还能得出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。
同学们,学习了前面的知识,能否判断一个物体是否带电呢?我们可以观察这个物体能否吸引轻小物体,也可以根据它和已知带电体之间的相互作用规律来判断。在实验室中,我们用验电器来检验物体是否带电。
验电器主要由金属壳、绝缘套、金属球、金属杆、金属箔组成。来看验电器的使用方法:将待检验的物体接触验电器的金属球时,若观察到验电器的两个金属箔张开了一定角度,这说明该物体带电。
那么验电器的工作原理是怎样的呢?当带电体接触验电器的金属球时,有一部分电荷转移到验电器的金属箔上。两片金属箔由于带上了同种电荷,相互排斥而张开。带电体带的电荷越多,验电器金属箔张开的角度越大。可见,验电器的工作原理是同种电荷相互排斥。
两个物体相互摩擦,为什么能使物体带电呢?通过前面学习,我们知道物质是由大量分子、原子组成的,原子是由带正电的原子核和带负电的若干绕核运动的电子组成。在正常情况下,原子核所带正电荷量和原子中所有电子带的负电荷量相等,对外界不表现出电性。带正电的原子核与带负电的电子相互吸引,电子在原子核的束缚下绕核运动。但是不同原子核对电子的束缚能力不同,例如橡胶和毛皮,橡胶的原子核对电子的束缚能力较强,毛皮的原子核对电子的束缚能力较弱。当橡胶棒与毛皮摩擦时,毛皮上的一部分电子会转移到橡胶棒上。橡胶棒因为得到多余电子而带负电,毛皮失去一部分电子而带正电。可见,摩擦起电并不是创造了电荷,只是电荷从一个物体转移到另一个物体。
带电的物体吸引轻小物体,或带电的轻小微粒能被物体吸引,这样的现象叫做静电现象。例如用丝绸摩擦过的玻璃棒能吸引碎纸屑,带电的灰尘会吸附在物体上等。
静电现象在很多方面大显身手,如静电除尘、静电喷漆等。人们通过直流高压给空气中的尘埃带上负电,根据异种电荷相互吸引的规律,带负电的尘埃飞向正极方向,就达到了静电除尘的目的。给喷出的雾状油漆带上负电,根据异种电荷相互吸引的规律,带负电的油漆飞向带有正电荷的待喷涂物件,这就是静电喷漆。我们发现,它们都是利用异种电荷相互吸引的原理实现对静电现象的应用。
当然,有时物体带电也会给生活带来麻烦。运输汽油的油罐车会因为汽油与罐体的摩擦而产生静电,当电荷积累到一定程度时,会发生火花放电,从而引起安全事故。为此,需要在油罐车下拖一根铁链,使其接地,随时释放摩擦产生的静电荷,以防止电荷的积累和放电。
雷电是发生在大气中的大规模放电现象,地面附近的雷电会造成很大破坏,甚至发生人畜死伤事故。人们为避免此类事故,在建筑物顶端安装一根金属棒,通过金属线与埋在地下的一块金属板连接起来,这就是避雷针。它利用金属棒的尖端放电,使云层所带的电与地上的电逐渐中和,从而避免了雷电的危害。
