电磁学

【摩擦起电】 用摩擦的方法使物体带电，叫做摩擦起电。摩擦过的塑料棒、玻璃棒等能够吸引轻小物体，就是因为它们通过摩擦而带了电的缘故。

原子的中心是由带正电的质子和不带电的中子组成的原子核，核的周围是绕核高速运转的带负电的电子。在通常情况下，原子核带的正电荷数跟核外电子带的总的负电荷数相等，整个原子呈电中性，即不显示电性。物体有多余电子就带负电，缺少了电子就带正电。由于不同的原子核束缚电子的本领不同，当两个物体相互摩擦的时候，哪个物体的原子核束缚电子的本领较弱，它的一些电子就会转移到另一个物体上。失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体因有了多余的电子而带等量负电。所以，摩擦起电，只是电子从一个物体转移到另一个物体上。

【两种电荷】 自然界中的电荷只有两种，即正电荷和负电荷。由丝绸摩擦的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷，由毛皮摩擦的橡胶棒所带的电荷叫负电荷。

电荷的最基本的性质是：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。用例根据摩擦起电的原理和电荷的基本性质讨论一些具体问题。题 1 有两个轻小物体，彼此靠近时相互吸引，那么这两个物体是否

一定都带电？它们都带何种电荷？为什么？

有人认为，根据电荷的基本性质——异种电荷相互吸引，就能作出“它们带的肯定是异种电荷”的结论。这个结论是错误的，因为带电体有吸引轻小物体的性质。

实际上，两个轻小物体相互靠近而吸引，有两种可能，一种是两个轻小物体都带电，且带的是异种电荷，所以它们相互吸引；另一种是根据带电体能吸引轻小物体的性质，两个轻小物体中只要一个带电（正电或负电都行），它们之间也能互相吸引。

题 2 有两个轻小物体，彼此靠近时相互排斥，那么这两个物体是否一定都带电？它们都带何种电荷？为什么？

此题与上题情况正好相反。在此题中，这两个物体肯定都带电，且带的是同种电荷（都为正电荷或都为负电荷）。因为如果不是这样，那么无论如何也不会出现“相互排斥”的情况的。

【验电器】 检验物体是不是带电的仪器叫做验电器，如图 4－1 所示，当带电体接触不带电的验电器金属球时，就有一部分电荷转移到验电器的金属箔上，这两片金属箔由于带同种电荷相互排斥而张开，带电体所带的电荷越多，验电器金属箔张开的角度就越大．

用例一 关于验电器问题的讨论．

题 1 把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒接触验电器金属球，再将另一个带电体接触验电器的金属球，发现验电器金属箔片张角变大．则该带电体带的是（）

正电荷 B.负电荷 C.正电荷或负电荷 D.无法确定

因为用毛皮摩擦过的硬橡胶棒上带负电荷，所以验电器本来是带负电荷而使金属箔张开的．现另一带电体接触验电器金属球后，金属箔的张角

更大，说明验电器带的负电荷增多了，这增多的负电荷是由“另一带电体” 提供的，所以“另一带电体”带负电，本题应选 B．

题 2 有个验电器，它的箔片是张开的，但不知它带的是何种电荷．现用丝绸摩擦过的玻璃棒，与该验电器的金属球充分接触后，发现验电器先逐渐闭合，又逐渐张开一定角度，试分析说明验电器原来带什么电荷？它与玻璃棒接触后，又带的是何种电荷？

对此题必须分两个过程进行分析：1.验电器箔片闭合过程；2.闭合后逐渐张开过程．

对第一过程，本来验电器金属箔是张开的，说明它带有电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒与其金属球接触后，张角变小直至闭合，说明玻璃棒带电的性质与验电器本来带电的性质相反，发生了“中和现象”，而用丝绸摩擦过的玻璃棒上带的是正电荷，所以验电器上本来带的是负电荷．

对第二过程，金属箔片由闭合又张开则说明，玻璃棒上又有一些正电荷“转移”到了金属箔片上去了，这说明玻璃棒上带的正电荷比验电器上带的负电荷多，玻璃棒所带的正电荷将验电器上所带的负电荷完全中和掉后还有多余的正电荷，或者说玻璃棒上缺少电子，这时验电器上的电子将继续往玻璃棒上转移，所以验电器箔片又张开了，此时验电器由于缺少电子而带正电．

【导体和绝缘体】 容易导电的物体叫做导体．如金属、大地、人体及各种酸、碱、盐的水溶液，都是导体．不容易导电的物体叫做绝缘体，如橡胶、玻璃、塑料、陶瓷、油等都是绝缘体．

导体容易导电，是由于导体内部存在着大量的可以自由移动的电荷（简称自由电荷），因此在导体里，电荷能从一个地方移动到别的地方；绝缘体不容易导电，是因为绝缘体中的电荷几乎都被束缚在原子或分子的范围内，不能自由移动，因此在绝缘体里电荷几乎不能从一个地方移动到别的地方．

导体和绝缘体之间没有绝对的界限，在通常情况下是很好的绝缘体，当条件改变时也可能变成导体．

图 4-2 是常温下各种物体的导电和绝缘能力的顺序排列．从上到下，绝缘能力越来越强；从下到上，导电能力越来越强．

【电源】 把其它形式的能转化为电能的装置叫做电源，如干电池、蓄电池、发电机等．

把机械能以外的其它形式的能直接转化为电源的装置都叫做电池．干电池、蓄电池等化学电池是把化学能转化为电能的电源，化学电池是由两种不同的金属导体浸在酸、碱、盐的水溶液里构成的．

电源的作用是能够给闭合的回路提供持续的电流．电源有两个极—— 正极和负极，电源工作时，电流是从其正极流出，经过导线、用电器等后又回到其负极．

【电路和电路图】 由电源、用电器、导线、开关等元件组成的电流的路径叫电路．一般地说，电路有通路、断路、短路三种情形．要使电路中有电流，电路必须是处处连通的，这叫通路；电路中没有电流，电路没有闭合，这叫断路；电流没有经过用电器而直接构成回路，叫短路，发生短路时，电路中的电流很大．

用统一规定的符号来代表电路中的各种元件，用图形来表示电路连接

情况的图叫做电路图．

【串联电路】 串联电路是一种最基本的电路．如图 4-3 所示，把电路元件逐个依次连接起来的方法叫串联．其特点是，只要一个用电器损坏，则其余的用电器便不能工作．电流从电源的正极流出后不分支路，依次通过各个用电器后，直接流回电源的负极．

【并联电路】 并联电路同串联电路一样，也是一种最基本的电路连接方法．所谓并联，就是把电路元件并列连接在电路两端的连接方法，如图 4-4 所示．该种电路的特点是，切断一个支路，其余各支路照常可以工作．电流从电源的正极流出后，分成几条支路又汇合在一起流回电源的负极．

【混联电路】 在一个电路中，如果有的元件之间是串联的关系，有的元件之间是并联关系，那么这个电路就叫做混联电路．

如图 4-5 甲、乙所示均为混联电路．在甲图中，L1 和 L2 是串联关系，但 L1、L2 一起与 L3 之间是并联关系；在乙图中，L1 和 L2 是并联的关系，但 L1、L2 一起与 L3 之间是串联的关系．

综上所述，混联电路是由两种最基本的电路——串联电路和并联电路混合组成的电路．

用例一 判断元件之间的串、并联关系．

题 1 在图 4-6 所示的电路中，电灯 L1 和 L1 是怎样联接的？

判断元件之间是怎样一种连接方式，可根据串、并联电路的连接特点进行判断，当断开任意一个元件，整个电路都被切断时即为串联，当断开任意一个元件而其它元件照常工作时即为并联．由此法可以很简单地判断出图 4-6 中 L1、L2 之间是并联关系．

题 2 学校中的所有照明电灯是串联的关系，还是并联的关系？

回答是并联关系.因为如果是串联的关系，那么如果有一盏灯坏了，所有的灯就都会熄灭，而实际情况不是这样的，一盏灯熄灭，其余的灯仍然亮着．

题 3 如图 4－7 所示，这是甲同学连接的串联电路图，也是乙同学连接的并联电路图．试指出他们的错误，并改正过来．

如图 4－7 所示，当开关 S 闭合后，电流将从电源的正极流出，经过abcdef 回到电源的负极，电流并没有通过任何一个用电器，所以谈不上是串联还是并联，而是一种短路现象．若要将其变成串联电路，应使 L1 和 L2 依次连接在电路里，这里只要拆除 de 这段导线就能满足要求；若要将其变成并联电路，应将 L1、L2 并列接在电路里．这里，只要将导线 ef 的 e 端拆下接到 g 处就能满足要求．

用例二 设计串、并联电路．

题 4 现有 A、B 两个相距较远的办公室，为了传呼方便，两个办公室各装一个电铃，每个电铃配备一个开关，要使两个办公室的任何一方按开关，都能使对方的电铃发声，且电池组要装在 B 办公室，试设计一个符合上述要求的电路图．

设计的电路图如图 4－8．这里关键是要想到：这两个电铃必须是并联关系．

题 5 如图 4－9 所示，试分别连接甲、乙两个电路，使两种情形下的

L1、L2 都是并联关系，并且开关 S 能够同时控制两盏电灯（电路各元件的位置不能移动）．

对本题，要考虑两个因素，一是 L1、L2 必须并联，二是开关 S 必须在

总路而不是支路中才能同时控制 L1、L2，满足这两点即行．其连接图见图4－10．

题 6 图 4－11 给出了电灯 L1、L2、L3，开关 S1 和 S 以及电池．要求：

使 L1 和 L2 并联，它们再与 L3 串联；S1 控制 L1，S 作为总开关．试画出此电路图（电路元件的位置不许移动）．

其电路图如图 4-12 所示。