电从何来

基础

原子由带正电的原子核和带负电的电子组成;电荷积聚不动是静电,持续流动是电流。电池和发电厂都是推动电荷流动的电源。

适合:中二科学 · 单元:电的使用 · 建议学习路径第 5/19 课

学完呢课,你会识:
  • 静电是电荷积聚不动;电流是电荷持续流动。
  • 原子由带正电的原子核和带负电的电子组成。
  • 摩擦令电荷转移;同种电荷相斥,异种电荷相吸。
文体:科普知识有声朗读

文体小知识:科普知识文章用生活实例解释科学概念,先看现象再讲原理,读完就能解释日常见到的东西。

科学Science

§课文原文 Passage

1干燥的冬天,用手摸门柄突然「啪」一下被电到;气球在头发上蹭几下就能贴在墙上 — 这些都是静电。要明白电,得先走进看不见的微观世界:所有物质都由原子组成,原子中心是带正电的原子核,外围是带负电的电子。

2摩擦可以令电子由一件物件转移到另一件:梳头时电子跑到梳子上,梳子便带了电,能吸引轻小的纸屑。积聚的电荷若突然释放,就是放电 — 天空中的闪电,正是云层与地面之间一次巨型放电。

3如果电荷不是一次过放完,而是沿导线持续定向流动,就是电流。推动电荷流动需要电源:电池把储存的化学能转为电能;家中的电则由发电厂大规模生产,经电缆送到每家每户。

4下一课,我们把电池、导线和灯泡接成一个完整的电路,看看电流怎样「行完一个圈」。

1重点摘要 Summary

原子由带正电的原子核和带负电的电子组成;电荷积聚不动是静电,持续流动是电流。电池和发电厂都是推动电荷流动的电源。

2生字卡 Vocabulary

S
Static electricity静电

电荷积聚在物件表面而不流动的现象,例如梳头后梳子吸起碎纸。

E
Electric charge电荷

物质的基本性质,分正电荷与负电荷;同种电荷相斥,异种电荷相吸。

A
Atom原子

构成物质的基本单位,由中心的原子核和外围的电子组成。

E
Electron电子

带负电荷、绕原子核运动的微粒;金属中部分电子可以自由流动。

N
Nucleus原子核

原子中心带正电的部分,由质子和中子组成。

E
Electric current电流

电荷的定向流动;在金属导体中就是自由电子的流动。

B
Battery电池

把化学能转为电能的电源,推动电子在电路中流动。

D
Discharge放电

积聚的电荷突然释放并中和的现象,例如闪电。

P
Power station发电厂

大规模产生电能的设施,经电缆把电力输送到家庭和工厂。

3逐步讲解 Steps

  1. 静电初体验静电是我们最早接触的电现象:用胶梳梳干燥的头发多次,梳子便能把小纸屑吸起,因为梳头时电荷由头发转移到梳子,梳子带了电,能吸引轻小物件。头发越干燥,电荷越容易积聚,所以冬天和干燥天气下现象特别明显,潮湿时水汽把电荷带走,现象便减弱。脱毛衣时的劈啪声,也是静电放电的结果。
  2. 原子与电荷一切物质由原子组成,原子中心是带正电的原子核,外围是带负电的电子绕著运行。正常情况下,正电荷与负电荷数目相等,互相抵消,原子整体不带电。电子一旦离开原子,该原子便因正电荷多于负电荷而带正电;得到多余电子的原子则带负电。带电的原子或分子统称为离子。
  3. 摩擦起电两件不同物料互相摩擦,电子便会由一件转移到另一件:气球在毛衣上摩擦后带了多余的负电荷,因此能吸在墙上,直到电荷慢慢流失。要留意摩擦只是转移电荷,并没有制造新电荷,电荷总数不变,这符合电荷守恒。不同物料对电子的吸引能力不同,所以摩擦后才会一得电子、一失电子。
  4. 同斥异吸电荷之间有明确的相互作用规律:同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。两支被同一块布摩擦过的胶棒带同种电荷,放近时会互相推开;胶棒与毛皮带异种电荷,则会互相吸引。所以判断两件物件会吸还是斥,先要弄清它们各带什么电荷。静电越强,吸力或斥力便越明显,甚至见到火花。
  5. 静电变电流静电与电流本质相同,分别在于电荷怎样流动:闪电是云与云、云与地之间积聚的大量电荷一次过放电,时间极短;如果电荷沿导线持续地定向流动,便形成电流,可以源源不绝地推动电器。电池和发电厂的作用,正是把一次性的放电变成稳定持续的电流,供我们长时间使用。
  6. 电源的角色电源是电路的心脏:电池把化学能转为电能,不断推动电子沿电路流动;家中的电则由发电厂产生,经电缆和电线网络送到每个插座。没有电源推动,电荷便不会持续流动,灯泡也不会亮。电池适合携带和使用于流动装置,市电则能提供大功率,两者互补,满足不同场合的需要。

4图解 Diagrams

原子与电荷 Inside an atom++000−−原子核 Nucleus:质子 + proton · 中子 neutron电子 − Electron细到睇唔到,喺轨道运行平时:质子数 = 电子数 → 唔带电 neutral电子走甩或多了 → 带电 charged;电荷持续流动 → 电流 current
图 1:原子与电荷模型
静电 vs 电流 Static electricity vs electric current静电 Static electricity电流 Electric current气球摩擦起电纸屑被吸起static attracts电荷积聚喺物件表面不动例:脱衫啪啪声、气球吸头发电池推动电荷沿电路持续流动battery drives charges round the loop闪电=云层积聚嘅静电一次过放电 Lightning is static electricity discharging on a giant scale
图 2:静电与电流对照

5例题示范 Example

例题:冬天脱毛衣时常听到「劈啪」声,黑暗中甚至见到小火花。用静电概念解释。

  1. 脱衣时毛衣与内里衣物互相摩擦,电荷转移并积聚在衣物表面。
  2. 积聚的电荷越来越多,与皮肤之间形成很大的电位差。
  3. 电荷突然跳过空气放电,令电荷互相中和。
  4. 放电令空气急速受热发光,所以见到火花、听到劈啪声。
  5. 答案:脱衣时毛衣与其他衣物摩擦,电荷经摩擦转移并在衣物表面积聚;积聚越多,与皮肤之间的电位差越大,最后电荷突然跳过空气放电,令正负电荷中和。放电令空气急速受热发光,因此在黑暗中看见火花,并听到劈啪声。这正是摩擦起电、积聚、放电的完整过程。

6常见错误 Mistakes

✗ 「摩擦会制造新电荷。」
✓ 摩擦只令电荷由一件物件转移到另一件,电荷总数不变(电荷守恒)。
✗ 「静电同电流完全没有关系。」
✓ 两者都是电荷现象:静电是电荷积聚不动,电流是电荷持续流动;闪电正是静电放电。
✗ 「电子带正电。」
✓ 电子带负电;原子核内的质子才带正电。
✗ 「电池储存了好多电子。」
✓ 电池储存的是化学能,作用是推动电子流动,并非储存电子。

75 题快测 Quick check

Q1梳过干燥头发的胶梳能吸起碎纸,这是什么现象?

Q2电子带什么电荷?

Q3同种电荷与异种电荷的相互作用有何不同?

Q4电池把什么能量转换为电能?

Q5闪电属于静电还是电流?为什么?

8重点回顾 Recap

  • 静电是电荷积聚不动;电流是电荷持续流动。
  • 原子由带正电的原子核和带负电的电子组成。
  • 摩擦令电荷转移;同种电荷相斥,异种电荷相吸。
  • 闪电是大量电荷瞬间放电的自然现象。
  • 电池把化学能转为电能,推动电子在电路中流动。

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