第二節 導體的靜電感應
微觀理解靜電感應

本節會分析帶電膠棒靠近電中性導體時的靜電感應。

為了方便討論,請先在中,選擇「帶負電塑膠棒」。共有 3 段動畫,分別會在「步驟 1」、「步驟 2」和「步驟 3」中討論:

實驗前,膠棒與金屬片均為電中性。請根據的第 1 段動畫,回答下方 2 條問題:

【問題 1-1】
動畫中顯示,金屬片內的電子:

A. 集中在物體頂部移動

B. 集中在物體底部移動

C. 大體上平均分佈在物體內移動

【問題 1-2】
假設膠棒與金屬片在實驗前均為電中性,用乾布摩擦膠棒後,膠棒會:

A. 帶正電荷

B. 帶負電荷

C. 仍為電中性

【題解】
實驗開始前,金屬片內的電子原本是平均分佈的,膠棒與金屬片均為電中性。用乾布摩擦膠棒後,膠棒便會帶電。

本步驟把帶電塑膠棒靠近金屬片。請根據的第 2 段動畫,回答下方 2 條問題:

【問題 2-1】
膠棒靠近金屬片後,金屬片內的電子:

A. 集中在物體頂部移動

B. 集中在物體底部移動

C. 大體上平均分佈在物體內移動

【問題 2-2】
在金屬片頂部,電子數目是:

A. 明顯多於質子數目

B. 明顯少於質子數目

C. 與質子數目大致相同

【題解】
當塑膠棒移到金屬片上方,塑膠棒上的負電荷會排斥金屬片裏的自由電子,令大量電子累積在金屬片的底部(),及導致頂部的原子內,質子數量多於電子。

電子集中在金屬片底部

本步驟開始時,金屬片的頂部帶正電荷及底部帶負電荷。請根據的第 3 段動畫,回答下方 3 條問題:

【問題 3-1】
由於金屬片內的電子分佈不均,金屬片頂部帶正電荷及底部帶負電荷,膠棒會:

A. 同時吸引金屬片的頂部和底部

B. 吸引金屬片的頂部,但排斥金屬片的底部

C. 排斥金屬片的頂部,但吸引金屬片的底部

【問題 3-2】
金屬片上的正電荷與負電荷,何者比較靠近塑膠棒上的負電荷?

A. 金屬片上的正電荷

B. 金屬片上的負電荷

C. 金屬片上的正、負電荷,跟塑膠棒上的負電荷相距同等距離

【問題 3-3】
金屬片與塑膠棒之間的吸引力與排斥力,何者比較大?

A. 吸引力大於排斥力

B. 吸引力小於排斥力

C. 吸引力與排斥力相同

【題解】
由於電子集中在金屬片底部,換言之,頂部帶正電荷及底部帶負電荷()。塑膠棒吸引金屬片的頂部,但排斥金屬片的底部。

金屬片及塑膠棒之間的吸引力會大於排斥力

由於金屬片上的正電荷比它的負電荷,較接近塑膠棒的負電荷,故金屬片及塑膠棒之間的吸引力會大於排斥力,因此作用於金屬片上的淨力是向上的。結果金屬片被吸引向上。

啟動動畫,演示靜電感應
小結

透過上方活動,我們可以對靜電感應作以下更嚴謹的定義:

  • 物體的電荷受到附近電荷的影響,便會重新分佈。靜電感應就是物體因外物而導致電荷在其內改變分佈的現象。

  • 而在物體表面出現的正、負電荷,稱為感生電荷。如哪些出現在小金屬片的頂部及底部的電荷(),便是感生電荷了。

若塑膠棒所帶的為正電荷(在中選「帶正電塑膠棒」),根據的結果,金屬片也會一樣被吸向上。你能解釋當中的原因嗎?

感生電荷及靜電力
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