“摩擦起电”典题解析

姜建军

摩擦起电是人类最早发现的电现象，两种电荷及相互作用规律是进一步深入学习电学、理解许多电现象的基础，怎样着手去分析和解决摩擦起电引起的相关静电问题呢？我们不妨通过如下例题来共同探讨，以达到对摩擦起电等静电现象更深层次的了解.

例1 摩擦起电是（ ）.

A.转移正电荷的过程

B.使电子从一个物体转移到另一个物体的过程

C.电子和质子同时转移的过程

D.创造电荷的过程

解析 这道物理概念辨析题看似简单，但要解决此类题，必须对原子结构和摩擦起电的本质和原因有深入的理解，并具备一定的空间想象能力.（1）对原子内部结构，首先要知道原子是由位于中心的原子核和核外绕核高速运转的电子组成；原子核带正电，电子带负电.其次要知道电子是带有最小负电荷的粒子，由于受原子核的束缚作用，围绕原子核高速旋转.由于原子核所带的正电荷与核外电子总共带的负电荷在数量上相等，整个原子呈电中性而不带电.（2）对摩擦起电原因，我们要把握住两点：①不同物质的原子核束缚电子的本领不同；②束缚电子本领弱的物体易失去电子带正电，束缚电子本领强的物体易得到电子带负电.所以答案选B.

运用上述知识点，容易解决下题.

例2 一个物体没有带电，是因为（ ）.

A.物体内部没有电荷

B.物体内部没有电子

C.原子核所带的正电荷总数与核外电子所带的负电荷总数相等

D.原子核所带的正电荷数与一个电子所带的负电荷数相等

答案为C.

例3 任取两个原来不带电的物体，相互摩擦，下列说法正确的是（ ）.

A.一个物体带电，另一物体不带电

B.两个物体带等量正电荷

C.两个物体带等量负电荷

D.两个物体带等量的异种电荷

答案为D.

例4 如图1所示，玻璃棒与丝绸摩擦，玻璃棒为什么带正电？丝绸为什么带负电？相互摩擦的物体带何种电荷，取决于什么？

解析 丝绸与玻璃棒摩擦，丝绸中原子核束缚电子的能力强，因得到电子带负电，玻璃棒中原子核束缚电子的能力弱，因失去电子带正电；同理毛皮与橡胶棒摩擦，毛皮因失去电子带正电，橡胶棒因得到电子带负电.相互摩擦的物质带什么电荷，取决于该物质中原子核束缚电子能力的强弱.

例5 如图2所示，当用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近一个挂在绝缘细线下的小通草球时，发现通草球也向橡胶棒靠近，由此可判断（ ）.

A.通草球带正电

B.通草球带负电

C.通草球不带电

D.以上判断都不对

解析 此题主要考查两个知识点：（1）摩擦起电后，带电体能够吸引轻小物体；（2）电荷间相互作用规律，即同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引.由于毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，小通草球与带负电的橡胶棒相互吸引存在两种情况：不带电或带正电荷，故选D.

例6 如图3所示，已知验电器带正电荷，用一物体接触验电器的金属球，验电器金属箔闭合后又分开，则物体带电情况是（ ）.

A.带正电荷 B.带负电荷

C.不带电 D.无法判断

解析 要解决此题，我们首先对验电器的使用和工作原理有所了解.验电器是根据两金属箔是否有张角来判断与其接触的物体是否带电，张角越大则带的电荷越多.其工作原理是：当带电体与验电器的金属球接触后，电荷经金属杆导入到金属箔，是两金属箔之间带同种电荷而相互排斥引起的.题目提示金属箔本来带正电荷，当接触某一物体后两金属箔闭合，说明金属箔中的正电荷被负电荷中和了而不带电，则物体应该带负电荷.至于金属箔后来为何又张开，是因为物体带的负电荷数比金属箔带的正电荷数要多，物体所带的负电荷中和掉金属箔上的正电荷后，又有负电荷转移到金属箔上，故本题应选B.

对例6进一步拓展：如果物体带的是正电荷，则金属箔张角会如何变化？如果物体带的负电荷数比金属箔上的正电荷少，则金属箔的张角又会如何变化？

答案 如果物体带的是正电荷，则张角会增大；如果物体带的负电荷数比金属箔上的正电荷少，则金属箔的张角会变小，不会出现金属箔闭合又张开的现象.

利用电荷间相互作用规律还可解释下列问题.

例8 如图4所示，用塑料梳子梳干燥的头发，为什么头发会越梳越乱？

答案 头发越梳越乱的原因，一是被摩擦的头发带了同种电荷而相互排斥，二是梳子与头发带了异种电荷而相互吸引.

例9 如图5所示，我们在做塑料尺和头发摩擦吸引纸屑实验时，仔细观察的同学会发现，纸屑先被吸引，然后又被弹开，如何解释这种现象？

解析 首先，我们知道塑料尺经摩擦带了电荷后，会吸引轻小物体碎纸屑；其次，当碎纸屑在与塑料尺接触后，与塑料尺带了同种电荷，同种电荷会相互排斥，会将纸屑弹开.

说明 在日常生活中，很多物理现象都可用上述知识点来解释，如：穿腈纶的衣服很容易脏，就是因为腈纶衣服相对于棉质衣服更容易摩擦起电，带电后吸引轻小灰尘；利用静电喷漆，为什么喷出的油漆喷在工件上，能喷布均匀、节约涂料，就是利用喷出的油漆带同种电荷相互排斥的原理.静电除尘、静电复印等与生活相关的物理问题，都可用上述静电知识来解释.

例9 当人们在漆黑的晚上脱毛衣时，为什么常有电火花出现，并伴有一定声响？

解析 这里涉及摩擦起电和异种电荷相互吸引引起的放电现象.由于毛衣在相互摩擦时带了异种电荷，且异种电荷在相互吸引时会击穿空气形成电火花，产生小规模的放电现象.如图6所示，闪电形成的原理也是上述原因，由于云层与云层之间所带的异种电荷在相互吸引中和时，将空气击穿而形成大规模放电.

静电中的放电现象，有时会对人类的生产和生活带来一定危害，同学们能否解释下列现象？

例10 如图7所示，运输燃料的油罐车，在装油、运输过程中，为什么在车上安装一条拖在地上的铁链？

解析 油罐车中的油在与罐壁摩擦时，油与罐壁带了异种电荷，当电荷积累到一定程度时，相互吸引中和而击穿空气产生的电火花会点燃易燃物油，从而引发火灾导致油罐车爆炸.采取的措施是在车上安装一条拖在地上的铁链，使产生的电荷导入大地.同样，飞机在空气中飞行时，机身与空气摩擦而产生大量的电荷，飞机着陆时，地勤人员接近机身时，可能会产生火花放电，严重时可将人击倒.解决的办法如图8所示，用导电橡胶做轮胎，飞机一着地，电荷就被导入大地.

对摩擦起电现象、两种电荷及其作用规律等静电知识，虽然同学们在生活中可能有所了解，但在具体学习过程中，如果能结合日常生活中的具体实例，善于动脑找出内在的物理规律，这些题就应该可以迎刃而解.在初中阶段我们所探究的还是较为简单的静电现象，在步入高中后，同学们将会接触更为有趣和广泛的静电现象.