第三節 絕緣體的靜電感應
微觀理解靜電感應

展示帶電荷的塑膠棒移近中性的碎紙時的情況。

當塑膠棒移近碎紙時,碎紙會被塑膠棒吸引。紙是絕緣體,沒有自由電子,為甚麼它會像金屬片那樣被吸引呢?

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,膠棒與碎紙片均為電中性。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,每顆分子(見放大鏡)中的電荷分佈顯得:

A. 均勻

B. 不均勻

【問題 1-2】
假設膠棒與碎紙片在實驗前均為電中性,用乾布摩擦膠棒後,膠棒:

A. 帶正電荷

B. 帶負電荷

C. 仍為電中性

【題解】
實驗開始前,碎紙片內電荷的分佈均勻,塑膠棒與碎紙片均為電中性。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碎紙片。請根據的第 2 段動畫,回答下方 2 條問題:

【問題 2-1】
膠棒靠近碎紙片後,每顆分子內的電荷會:

A. 重新分佈

B. 保持其原先的位置

C. 互相抵消然後消失

【問題 2-2】
接着,每顆分子內:

A. 只有正電荷會移向靠近膠棒的方向,負電荷位置不變

B. 只有負電荷會移向遠離膠棒的方向,正電荷位置不變

C. 正電荷會移向靠近膠棒的方向;負電荷會移向遠離膠棒的方向

D. 正電荷會移向遠離膠棒的方向;負電荷會移向靠近膠棒的方向

【題解】
當塑膠棒移到碎紙片上方,雖然碎紙沒有自由電子,但塑膠棒的靜電力會令紙張分子內部的電荷,分佈產生畸變()。

塑膠棒的靜電力令分子內的電荷分佈產生畸變

分子內的電子會被膠棒上的負電荷排斥,令電子偏移到分子的底部;而分子內的原子核會被吸引,令它偏移到較靠近膠棒的方向。

本步驟開始時,碎紙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】
由於碎紙片內分子的電荷移了位,碎紙片頂部帶正電荷及底部帶負電荷,膠棒會:

A. 同時吸引碎紙片的頂部和底部

B. 吸引碎紙片的頂部,但排斥碎紙片的底部

C. 排斥碎紙片的頂部,但吸引碎紙片的底部

【問題 3-2】
碎紙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. 碎紙片上的正電荷

B. 碎紙片上的負電荷

C. 碎紙片上的正、負電荷,跟塑膠棒上的負電荷相距同等距離

【問題 3-3】
碎紙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】
因為碎紙片內每顆分子帶正電的一端較帶負電的一端,更接近塑膠棒,故作用在分子上的吸引力會較其排斥力大,作用在分子上的淨力為向上,令整塊碎紙向上移動

從宏觀角度看,碎紙頂部和底部出現了感生電荷(請選擇「顯示感生電荷」)

如果把碎紙內所有分子看在一起,便會發現碎紙頂部和底部像出現了感生電荷,如所示一樣。

啟動動畫,演示碎紙被膠棒吸引的原理
小結

透過上方活動,我們可得以下結論:

  • 靜電感應不單會出現在導體上,也會出現在絕緣體上。

  • 將帶電物體靠近電中性的導體/絕緣體時,導體/絕緣體會被吸引,並在其表面出現感生電荷。

我們在模組《電荷》裡,曾觀察兩條膠帶被摩擦後靠近的現象。試在中,把摩擦過和沒被摩擦過的膠帶靠近,你預期會出現甚麼現象呢?

摩擦膠帶模擬實驗
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