第八章 电场

本章学习要求

1．自然界存在正、负两种电荷。物体带电的多少叫做电荷量，电荷量的单位是库仑。物体带电的最小电荷量叫做元电荷。

2．电荷间有相互作用，决定电荷间相互作用的因素是电荷量和电荷间的距离。点电荷是理想模型。电场是一种物质，电荷间的相互作用是通过电场发生的。

3．电场强度、电场线是用来描述电场的强弱和方向的。电场线只是形象、粗略地描述电场，电场强度则可以精确地描述。电场强度的大小和方向就是单位正电荷在电场中某点所受的电场力的大小和方向。

4．静电可以利用，也需要防范。静电的利用有静电除尘、静电喷涂、静电复印等，防范的方法有保持空气潮湿、装避雷针、良好接地等。

本章内容是静电学的基础知识，而静电学的基础知识是整个电学乃至电磁学的基础。在本章中我们将比较深入地研究另一种物质形态——场。并学习通过带电体之间的相互作用来研究场的方法。本章还通过对电子发现历史的了解，感悟科学家的敬业精神。

A 静电现象 元电荷

一、学习要求

知道摩擦起电现象及其原因，知道产生静电的常用设备，知道电荷量和元电荷的概念，认识获得静电和测量静电的方法。通过列举生活中的静电现象感受静电学与生活的广泛联系，通过对静电现象的观察分析，提高对科学的兴趣。

二、要点辨析

1．电荷和电荷量

自然界中只有两种电荷，分别叫做正电荷和负电荷。电荷之间有相互作用，同种电荷相斥，异种电荷相吸。由于历史的原因，我们规定毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带负电；丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电。

物体所带电荷的多少叫做电荷量，实际上这里所指的带电体的带电量是物体所带的净电荷的量，就是说一个物体里的正电荷和负电荷中和以后的多余的电荷量。电荷量的单位是C，读作库仑，简称库。

2．摩擦起电

摩擦起电的过程是电荷转移的过程，不是产生了电荷。由于有些物体相对于另一些物体而言更容易失去电子，这样当两种物体相互摩擦时，有些物体就会失去电子，而另一些物体会得到电子，从而使物体上出现了多余的电荷，物体就表现出带正电或带负电。

两个物体相互摩擦，哪个物体带正电，哪个物体带负电，主要决定于哪个物体更容易失去电子，容易失去电子的物体就带正电，而另一个物体就带负电。比如玻璃和丝绸摩擦，由于玻璃相对来说更容易失去电子，因此玻璃就带正电，丝绸带负电。但假如用丝绸和硬橡胶棒摩擦，由于丝绸相对来说更容易失去电子，丝绸就带正电了。

我们发现在摩擦起电的物质中没有列出金属，因为金属是非常容易失去电子的。假如用丝绸去摩擦金属棒，金属棒失去电子应该是带正电的，但拿在手里的金属棒也会很快把其他地方的电子补充进来，因此我们一般不用摩擦金属棒的方法获取静电。

除了摩擦起电之外，还有其他方法可使物体带电。

3．元电荷

一般带电体的电荷量都等于元电荷电荷量e的整数倍，而不会小于元电荷的电荷量值，这个有趣的事实是通过实验发现的。一个电子或一个质子所带电荷量的大小，正好是一个元电荷的电荷量，即e＝1.6×10-19C。但是有些理论也表明，在组成物质的一些基本粒子中，

e存在着比元电荷更小的电荷量值，比如质子是由三个带3电荷量的夸克组成的，但至今没有

得到实验验证。

e从最小电荷量e的发现，到3 电荷量的提出，都表明物理学还在不断发展。我们学习的

物理是活的物理，因此学习物理不只是接受，还要思考。很多物理问题还没有答案，有待我们去探索。

三、例题分析

【例1】能不能用普通验电器来直接检测物体带的是何种电荷？

【分析】电荷是看不见的，但能被验电器检测出来是否存在。普通验电器顶部装有一个金属球，金属球与金属杆相连，在金属杆的底部是两片很薄的金属片。当验电器不带电荷时，金属片自然下垂。当一个带电体接触到金属球时，电荷能沿着金属棒传递，金属片就带有电荷。由于同时带有同一种电荷，两金属片相互排斥而张开。不管被检验的物体带负电还是正电，验电器的金属片都会张开，如图8－1所示，因此，这种验电器不能用来直接判断电荷的正负。

【解答】不能用验电器直接测定物体带电的电性。

【例2】用干燥手指摩擦塑料薄膜包扎带，包扎带会向

四周张开，如图8－2所示。你用什么方法可以让包扎带合

拢呢？

【分析】用干燥手指摩擦塑料薄膜包扎带后，由于包扎

带上带有同种电荷，它们相互排斥，从而张开，要使它们重

新合拢，就是要使包扎带上的电荷失去。

【解答】方法一：可以用手掌慢慢捋过包扎带，由于人

体是导体，反复接触包扎带，可以使上面的电荷转移到人体，

包扎带就可以合拢了。

方法二：用火焰靠近包扎带，由于火焰周围存在大量带电的离子，和包扎带上的电性相反的电荷互相吸引，从而使包扎带上的电荷中和，包扎带也会合拢。要使包扎带合拢的方法还有很多，想想看，并动手试一试。

【例3】已知在环境的温度、湿度、气压相同的情况下，可得出以下序列：玻璃、尼龙、羊毛、丝绸、棉花、纸张、硬橡胶、腈纶??序列中两种物质摩擦时，排在前面的物质带正电，后面的物质带负电，而且两种物质在序列中距离越远，摩擦起电现象越显著。用事先准备的尼龙、羊毛、腈纶等材料，进行摩擦起电的实验，下面的叙述中正确的是（ ）。

（A）尼龙棒与羊毛摩擦，尼龙棒带负电

（B）腈纶与羊毛摩擦，腈纶带正电

（C）尼龙与腈纶摩擦，不会发生起电现象

（D）羊毛与腈纶摩擦较尼龙与羊毛摩擦，有更显著的起电现象

【分析】两个物体相互摩擦，哪个物体带正电，哪个物体带负电，主要决定于物质的性质。因为在序列中，尼龙在前，羊毛居中，腈纶最后，所以尼龙与羊毛摩擦，尼龙带正电；羊毛与腈纶摩擦，羊毛带正电。尼龙与腈纶摩擦，起电现象最显著。

【解答】（D）。

四、基本训练

A组

1．下列有关静电的说法中，正确的是（ ）。

（A）摩擦起电创造了电荷

（B）丝绸摩擦过的玻璃棒能吸引铁钉

（C）普通验电器能直接检测物体带有何种性质的电荷

（D）电荷量存在某最小值

2．关于摩擦起电的原因，正确的说法是（ ）。

（A）只有正电荷从一个物体转移到另一个物体

（B）只有电子从一个物体转移到另一个物体

（C）电子和正电荷同时按相反方向转移

（D）以上三种情况都有可能

3．参照例3的内容，判断下列说法正确的是（ ）。

（A）玻璃与羊毛摩擦，玻璃带负电

（B）丝绸和硬橡胶摩擦，硬橡胶带正电

（C）玻璃与羊毛摩擦，玻璃带正电

（D）丝绸和硬橡胶摩擦，硬橡胶带正电

4．一次闪电大约可把10C的负电荷转移到地面，那么一次闪电大约有多少电子由云层到达地面？

5．观察和思考以下现象，谈谈为什么会发生这些现象？

（1）将一个气球在你的头发上摩擦几下，再拿到你的一个手臂旁，气球不会掉下来。

（2）打开电视机，然后你把裸露的手臂靠近电视机屏幕，会有轻微的痒感。

（3）在超市购物，当你想打开塑料袋时，会发现袋子贴在你手上。

（4）计算机的显示屏很容易沾上灰尘。

6．用贴有羊毛毡的黑板擦与聚乙烯薄片摩擦，聚乙烯薄片会获得电子而带负电。薄片上所带的电荷量若为10-9C，试估计该聚乙烯薄片得到多少个电子？

7．【小制作】制作一个简易验电器

如图8－3所示，在一块小木板中间钉一枚铁钉，钉尖朝

上作为底座，在钉子上插入一段蜡烛，蜡烛是良好的绝缘体。

再将一根裸铜丝对折后一端弯成圆环状，作为接受电荷的验电

器金属球，另一端分开成两个相互平行的轴，如图8－3所示，

将铜丝拧在蜡烛上端加以固定。再取一张香烟盒内的铝箔，抹

平后剪成两条长方条。将铝箔上端卷成筒状后分别套入裸铜丝

的两个平行轴，到此简易灵敏验电器就做好了。当你用尼龙袜

与塑料直尺摩擦后，再用塑料直尺与裸铜丝圆环接触，

铝箔就