靜電學
基礎摩擦不能創造電荷，只能使電子由一件物件轉移到另一件：得電子者帶負電，失電子者帶正電。電荷同性相斥、異性相吸；帶電體周圍存在電場。尖端放電造就避雷針，接地讓油罐車把電荷安全導走。
- 摩擦起電是電子轉移而非創造電荷；得電子帶負、失電子帶正，總電荷守恆
- 同性電荷相斥，異性電荷相吸；驗電器靠金屬箔相斥張開顯示帶電
- 帶電體靠靜電感應吸引不帶電的輕小物件（膠棒吸紙屑）
文體小知識：科學知識說明文——由摩擦起電的現象入手，講解電荷、電子轉移、感應起電與電場，再以避雷針和油罐車的拖地鏈說明靜電原理怎樣守護日常生活。
§課文原文 Passage
1用乾布摩擦膠棒，膠棒能把小紙屑吸起，這就是摩擦起電。摩擦並沒有創造電荷，只是使電子由一件物件轉移到另一件：膠棒得到電子而帶負電，乾布失去電子而帶正電。自然界只有正負兩種電荷：原子核內的質子帶正電，外圍的電子帶負電；兩者數目相等時物件呈電中性，電子一旦轉移，物件便帶電。
2電荷之間的相互作用有明確規律：同性電荷互相排斥，異性電荷互相吸引。把兩根用同樣方式摩擦過的膠棒相互靠近，兩棒帶同種負電，會互相推開；摩擦過的膠棒與摩擦過的玻璃棒靠近則互相吸引。驗電器利用同種電荷相斥的原理運作：帶電體接觸頂端金屬圓盤後，兩片金屬箔帶同種電荷而張開，張角越大，帶電越多。
3帶電體不單吸引異性電荷，也能吸引不帶電的輕小物件。膠棒靠近紙屑時，紙屑內的電荷被感應而重新分佈：靠近膠棒的一端積聚異性電荷，遠端積聚同性電荷；由於異性端距離較近，吸引力大於排斥力，紙屑整體被吸向膠棒。這種現象叫靜電感應。冬天脫毛衣時的輕微啪啪聲、開門時被門把手電了一下，都是感應與放電的日常版本。
4帶電體周圍的空間存在電場：其他電荷進入電場便會受到電場力，帶電體正是透過電場對遠處電荷施力。電場線把電場形象化：由正電荷出發，終於負電荷，線上每一點的方向代表正電荷在該點的受力方向；電場線越密，電場越強。兩塊帶異性電荷的平行金屬板之間是均勻電場，電場線平行、等距，這是往後研究電路的重要模型。
5靜電積累過多便可能放電，工程上有兩個經典對策。其一，尖端放電：導體尖端電荷密集，容易把電荷緩緩釋放到空氣中，避雷針利用尖端的這一特性，把雲層電荷與建築物的感應電荷安全疏導，減少雷擊。其二，接地：用導體把帶電物件與大地連接，電荷便流入大地。運油車尾部拖著一條觸地金屬鏈，正是把行駛中摩擦產生的電荷導走，防止放電火花點燃汽油蒸氣。
1重點摘要 Summary
摩擦不能創造電荷，只能使電子由一件物件轉移到另一件：得電子者帶負電，失電子者帶正電。電荷同性相斥、異性相吸；帶電體周圍存在電場。尖端放電造就避雷針，接地讓油罐車把電荷安全導走。
2生字卡 Vocabulary
研究不流動的電荷的性質、相互作用與應用的物理分支。
物質的基本屬性，只有正、負兩種；同性相斥，異性相吸。
兩件物件互相摩擦時電子轉移，使兩者帶等量異性電。
電子由一件物件移往另一件；得電子者帶負電，失電子者帶正電。
帶電體靠近導體或輕小物件時，其內電荷重新分佈，近端感應出異性電荷。
帶電體周圍的空間區域，其他電荷進入便受電場力。
由正電荷出發、終於負電荷的假想線；線越密電場越強，方向為正電荷受力方向。
導體尖端電荷密集而較易把電荷釋放到空氣中的現象，避雷針據此運作。
用導體把物件與大地連接，讓多餘電荷流走，避免積累放電。
利用兩片金屬箔帶同種電荷相斥而張開的原理，檢測物件是否帶電及帶電多少。
3逐步講解 Steps
- 第一步：兩種電荷與摩擦起電自然界只有兩種電荷：質子帶正電，電子帶負電。摩擦起電的本質是電子轉移，不是創造電荷：兩件物件摩擦時，對電子束縛較弱的一方失去電子帶正電，另一方得到電子帶負電，兩者帶等量異性電。舉個例子：用乾布摩擦聚乙烯膠棒，電子由布轉移到膠棒，膠棒帶負電；若摩擦的是醋酸纖維棒，電子則由棒轉移到布，棒帶正電。電荷守恆：轉移前後，系統的總電荷量不變。
- 第二步：同性相斥，異性相吸電荷相互作用的規律：同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。驗證方法很直接：把一根摩擦過的膠棒用細線懸掛起來，另一根慢慢靠近，懸掛的一根會轉開，因為兩棒同帶負電；改用摩擦過的玻璃棒靠近，懸掛的膠棒卻被吸引過來。舉個例子：理髮後髮絲飄起互相分開，是因為梳頭摩擦令每根頭髮帶同種電荷而互斥；影印機則反過來利用異性相吸，令帶電墨粉吸到感光鼓上成像。
- 第三步：靜電感應與膠棒吸紙屑帶電體靠近不帶電的輕小物件時，物件內的電荷會重新分佈：靠近帶電體的一端感應出異性電荷，遠端剩下同性電荷，近端距離短、吸引力大，物件整體被吸過去，這叫靜電感應。舉個例子：帶負電的膠棒靠近桌面上的小紙屑，紙屑靠棒一端感應出正電荷、另一端多出負電荷，靠端的吸引力強於遠端的排斥力，紙屑便跳向膠棒；觸碰後紙屑獲得部分電荷，有時又會突然被彈開，因為兩者變成同性而互斥。
- 第四步：電場與電場線帶電體周圍存在電場：別的電荷一進入，便受到電場力，帶電體正是透過電場隔空施力。電場線是形象化工具：由正電荷出發、終於負電荷，永不相交；線上某點的方向就是正電荷在該點的受力方向，線越密代表電場越強。舉個例子：孤立正點電荷的電場線呈放射狀向四面八方射出；兩塊帶異性電荷的平行板之間，電場線平行等距，是均勻電場，電子束在其中的偏轉可用簡單幾何計算。
- 第五步：導體、絕緣體與接地導體內有可自由移動的電子，電荷能迅速分佈到整件物件；絕緣體的電子被束縛，電荷只能停留在摩擦的位置。摩擦起電多發生在絕緣體之間，因為電荷無處流走便積累起來。接地是處理電荷的最直接方法：用導體把帶電物件與大地連通，電子便可流入或流出大地，物件回復電中性。舉個例子：觸碰門把前先用手掌碰一下牆壁或金屬水管放電，冬天便可免受靜電電擊；電子工廠的工人要戴接地手環，防止身上的靜電擊穿晶片。
- 第六步：尖端放電與避雷針導體表面彎曲越厲害的地方電荷越密集，尖端尤其突出，附近電場極強，足以把空氣電離，讓電荷緩緩釋放，這就是尖端放電。避雷針是一根裝在建築物頂的尖銳金屬桿並與大地相連：雲層感應令針尖積聚大量異性電荷，一方面緩慢放電減低雲中電荷，另一方面若雷擊發生，電流沿針與導線直入大地，保護建築。舉個例子：高樓、燈塔與古塔的避雷針每年把無數雷電安全引入地下，尖端設計令閃電傾向選擇最短的路徑。
- 第七步：油罐車拖地鏈與靜電安全運油車行駛時，汽油在罐內晃動、車身與空氣和路面摩擦，都會積累靜電；一旦放電出現火花，汽油蒸氣可能爆炸。車尾拖著的金屬鏈與地面接觸，把電荷持續導入大地，令罐身電勢接近零，這就是接地的應用。舉個例子：加油站規定司機自助加油前先觸摸金屬放電板；飛機加油時，加油管與機身會先用導線連接再開泵，同樣是確保兩者電勢相同，杜絕火花。靜電也有善用的一面：靜電除塵器與靜電噴漆都靠電場吸附微粒。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：用乾布摩擦膠棒後，膠棒能把桌面上的小紙屑吸起。（a）解釋膠棒為何帶電，並寫出所帶電荷的種類。（b）紙屑原本不帶電，解釋膠棒為何仍能吸引紙屑。（c）運油車尾部拖有一條與地面接觸的金屬鏈，說明其作用。
- (a) 摩擦時電子由乾布轉移到膠棒：膠棒得電子而帶負電，乾布失電子而帶等量正電；電荷只是轉移，沒有被創造
- (b) 膠棒靠近紙屑時產生靜電感應：紙屑靠棒一端感應出正電荷，遠端積聚負電荷
- (b) 靠端距離較近，異性相吸的力大於遠端同性相斥的力，紙屑整體被吸向膠棒
- (c) 行駛中摩擦使油罐車積累靜電，金屬鏈把車身與大地連接（接地）
- (c) 電荷持續導走，車身不會積累高電勢，防止放電火花點燃汽油蒸氣
- 答案：(a) 摩擦使電子由乾布轉移到膠棒，膠棒因得到電子而帶負電，屬摩擦起電。(b) 帶負電的膠棒令紙屑感應起電：近端感應出正電荷，吸引力大於遠端排斥力，紙屑被吸起。(c) 金屬鏈把行駛中積累的靜電接地導走，避免火花放電點燃油氣。解釋題的套路：先講電荷如何轉移或分佈，再講力如何作用，最後落到結果，三層齊全才有滿分。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1摩擦起電的微觀本質是什麼？
Q2兩根摩擦過的膠棒互相靠近會怎樣？為什麼？
Q3帶負電的膠棒為何能吸引不帶電的紙屑？
Q4避雷針運用了哪兩個原理？
Q5運油車為什麼要拖一條觸地金屬鏈？
8重點回顧 Recap
- 摩擦起電是電子轉移而非創造電荷；得電子帶負、失電子帶正，總電荷守恆
- 同性電荷相斥，異性電荷相吸；驗電器靠金屬箔相斥張開顯示帶電
- 帶電體靠靜電感應吸引不帶電的輕小物件（膠棒吸紙屑）
- 帶電體周圍有電場，電場線由正出發終於負，線密處電場強
- 尖端放電（避雷針）與接地（油罐車拖地鏈）是防靜電災害的兩大工程對策