物理高二必修知识物质的电性及电荷守恒定律
在物理学中，物质的电性和电荷守恒定律是理解自然界中电现象的基础。本文将详细介绍这些概念，并通过具体的例子和分析来帮助读者更深入地理解这些原理。
1. 物质的原子结构
物质是由分子组成的，而分子又是由原子构成的。原子是构成物质的基本单位，它由带正电的原子核和环绕原子核运动的带负电的电子组成。原子核内部则由质子和中子组成，其中质子带正电，中子不带电。
在正常情况下，一个原子中的电子数目等于质子的数目，因此整个原子呈电中性。然而，当某些条件发生变化时，例如温度、压力或外界作用力，原子中的电子可能会脱离轨道，导致物体带电。这种现象可以通过摩擦起电、接触起电和感应起电等方式观察到。
2. 电荷守恒定律
电荷守恒定律是物理学中的一条基本定律，它指出：任何孤立系统的电荷总数保持不变。这意味着在一个封闭系统内，电荷可以从一个物体转移到另一个物体，但系统的总电荷不会改变。换句话说，电荷既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会发生转移。
这一规律在日常生活中的许多现象中都有体现。例如，当我们用梳子梳理头发时，梳子会带上静电，这是因为电荷从头发转移到了梳子上，但整个系统的总电荷量并未发生变化。同样，在雷暴天气中，云层之间以及云层与地面之间的电荷转移也会遵循电荷守恒定律。
3. 静电现象的分析
# (1) 摩擦起电
摩擦起电是指两个物体相互摩擦后，其中一个物体带正电，另一个物体带负电的现象。这是由于不同材料的原子间电子结合能力不同，当两个物体摩擦时，电子会在两者之间发生转移。具体来说，摩擦过程中，某些材料更容易失去电子（如玻璃），而另一些材料更容易获得电子（如丝绸）。
因此，当用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒会失去电子，带上正电；而丝绸则会获得电子，带上负电。
需要注意的是，摩擦起电并不是创造了新的电荷，而是使物体内部原本存在的正负电荷分离。因此，摩擦起电并不违反电荷守恒定律。
# (2) 接触起电
接触起电是指两个物体直接接触后，由于电荷的重新分布而使其中一个物体带电的现象。当两个不同材料的物体接触时，电子会在两者之间发生转移，使得其中一个物体带正电，另一个物体带负电。接触起电的过程与摩擦起电类似，都是由于材料间电子结合能力的差异导致的。
例如，当我们用手触摸金属门把手时，手上的电荷会转移到门把手上，导致门把手带电。这种现象在干燥的环境中尤为明显，因为干燥空气中的湿度较低，减少了电荷的传导，使得电荷更容易积累。
# (3) 感应起电
感应起电是指在靠近带电物体的情况下，未带电的导体内部电荷重新分布的现象。当一个带电物体靠近导体时，导体内部的电荷会受到带电物体的影响而发生重新分布。具体来说，带正电的物体会使导体靠近它的一端出现负电荷，远离它的一端出现正电荷；反之亦然。
例如，当一个带正电的小球靠近一个不带电的枕型导体时，导体靠近小球的一端会出现负电荷，远离小球的一端会出现正电荷。如果此时闭合导体与地面之间的开关（K1），则会有电子从地面流向导体，从而使导体整体带负电。相反，如果闭合另一端的开关（K2），则不会有电子通过，因为导体的正电荷无法通过开关流入地面。
4. 物体带电的本质
物体带电的本质是电荷发生转移的过程，而不是电荷的产生或消失。无论是在摩擦起电、接触起电还是感应起电中，电荷的总量始终保持不变，只是在不同物体之间发生了转移。因此，电荷守恒定律在所有这些过程中都得到了验证。
例题分析
为了更好地理解上述概念，我们来看几个具体的例子。
例题1：
下列说法正确的是( A )
A. 摩擦起电和静电感应都是使物体的正负电荷分开，而总电荷量并未变化
B. 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电，是摩擦过程中硬橡胶棒上的正电荷转移到了毛皮上
C. 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷是摩擦过程中玻璃棒得到了正电荷
D. 物体不带电，表明物体中没有电荷
解析：
选项A正确。摩擦起电和静电感应都是使物体的正负电荷分离，但总电荷量保持不变，符合电荷守恒定律。选项B错误，因为用毛皮摩擦硬橡胶棒时，硬橡胶棒获得了电子，带负电，而不是正电荷转移到了毛皮上。选项C错误，因为用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒失去了电子，带正电，而不是得到了正电荷。
选项D错误，因为物体不带电并不意味着物体中没有电荷，而是正负电荷数量相等，抵消了彼此的效应。
例题2：
如图8-5所示，把一个不带电的枕型导体靠近带正电的小球，由于静电感应，在a，b端分别出现负、正电荷，则以下说法正确的是：( C )
A. 闭合K1，有电子从枕型导体流向地
B. 闭合K2，有电子从枕型导体流向地
C. 闭合K1，有电子从地流向枕型导体
D. 闭合K2，没有电子通过K2
解析：
选项C正确。当带正电的小球靠近枕型导体时，导体靠近小球的一端会出现负电荷，远离小球的一端会出现正电荷。如果闭合K1，即导体靠近小球的一端接地，则会有电子从地面流向导体，从而使导体整体带负电。选项A错误，因为电子是从地面流向导体，而不是从导体流向地面。
选项B错误，因为闭合K2并不会使电子从导体流向地面，而是正电荷无法通过开关流入地面。选项D正确，因为闭合K2确实没有电子通过。
通过对物质的电性和电荷守恒定律的学习，我们可以更好地理解日常生活中的各种静电现象。无论是摩擦起电、接触起电还是感应起电，它们的本质都是电荷的转移过程，而总电荷量始终不变。掌握这些基本原理不仅有助于我们在物理学习中取得更好的成绩，也能帮助我们解释和解决实际生活中的问题。
在未来的物理学习中，我们将进一步探讨电场、电势、电流等更为复杂的电学概念，逐步构建起完整的电学知识体系。希望本文的内容能够为读者提供一个坚实的基础，帮助大家更好地理解和应用这些重要的物理原理。
