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2018-2019高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 1.1 電荷及其守恒定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、第一章 靜 電 場(chǎng) 1 電荷及其守恒定律,一、電荷及起電方式 1.兩種電荷: (1)電荷的分類(lèi): 正電荷:和用絲綢摩擦過(guò)的_所帶的電荷性質(zhì) 一樣的電荷。,玻璃棒,負(fù)電荷:和用毛皮摩擦過(guò)的_所帶的電荷性質(zhì) 一樣的電荷。 (2)電荷的性質(zhì):同號(hào)電荷相互_,異號(hào)電荷相互 _;且?guī)щ婓w有_的性質(zhì)。 2.摩擦起電:兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r,_從一個(gè)物體 轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,原來(lái)呈電中性的物體由于_電 子而帶負(fù)電,_電子的物體則帶正電。,橡膠棒,排斥,吸引,吸引輕小物體,電子,得到,失去,3.感應(yīng)起電: (1)自由電子:金屬中離原子核_的能脫離原子核的 束縛而在金屬中_的電子。 (2)靜電感應(yīng):當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)

2、體時(shí),由于_ _,導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離 帶電體,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶_電荷,遠(yuǎn)離 帶電體的一端帶_電荷的現(xiàn)象。,較遠(yuǎn),自由活動(dòng),電荷間,相互吸引或排斥,異號(hào),同號(hào),(3)感應(yīng)起電:利用_使金屬導(dǎo)體帶電的過(guò)程。,靜電感應(yīng),二、電荷守恒定律及元電荷 1.電荷守恒定律: (1)內(nèi)容:電荷既不會(huì)_,也不會(huì)_,它只能從 一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn) 移到另一部分;在轉(zhuǎn)移過(guò)程中,電荷的總量_。 (2)電荷守恒定律的表述:一個(gè)與外界沒(méi)有_ 的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和_。,創(chuàng)生,消滅,保持不變,電荷交換,保持不變,2.元電荷: (1)電荷量:電荷的_。在國(guó)際單位制中,單位是 _,符號(hào)

3、_。 (2)元電荷:最小的電荷量,即_或_所帶的電 荷量,用e表示,e=_。最早由美國(guó)物理 學(xué)家_測(cè)得。 (3)電子的比荷:電子的電荷量e與_之比。,多少,庫(kù)侖,C,電子,質(zhì)子,1.6010-19 C,密立根,電子的質(zhì)量me,【思考辨析】 (1)感應(yīng)起電過(guò)程仍符合電荷守恒定律。 ( ) (2)元電荷是最小的帶電體。 ( ) (3)玻璃棒和其他物體摩擦后不一定帶正電。 ( ) (4)摩擦起電是通過(guò)摩擦創(chuàng)造了等量的異種電荷的過(guò) 程 。 ( ) (5)帶電微粒所帶的電荷量可能為2.410-19 C。( ),提示:(1)。三種起電方式的實(shí)質(zhì)都是電荷在不同物體間或同一物體內(nèi)部發(fā)生了轉(zhuǎn)移,電荷的總量不變。

4、 (2)。元電荷是最小的電荷量,不是帶電的物體。 (3)。玻璃棒與絲綢摩擦后帶正電,與其他物體摩擦后不一定帶正電。 (4)。摩擦起電并不是創(chuàng)造了電荷,而是使電荷分開(kāi)、轉(zhuǎn)移。 (5)。物體所帶電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍。,【生活鏈接】 是否只有當(dāng)帶電體與導(dǎo)體棒的上端接觸時(shí),金屬箔片才會(huì)張開(kāi)?解釋看到的現(xiàn)象。 提示:當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體棒上端時(shí)發(fā)生靜電感應(yīng)使導(dǎo)體棒帶電,金屬箔片張開(kāi)。當(dāng)帶電體接觸導(dǎo)體棒時(shí)同樣可使導(dǎo)體棒帶電,金屬箔片張開(kāi),屬于接觸起電,這是兩種不同的起電方式。,知識(shí)點(diǎn)一 三種起電方式的理解 探究導(dǎo)入: 同學(xué)們到超市購(gòu)物,是如何打開(kāi)新塑料袋的呢?請(qǐng)做 下面的實(shí)驗(yàn)并解釋?zhuān)?將新塑料袋鋪于平滑

5、的木質(zhì)桌面上,沿垂直于塑料袋 底線方向剪下一條長(zhǎng)15 cm、寬3 cm的雙層塑膜條,捏,住塑膜條的底線部位,平放在桌子上,另一只手用毛刷單方向在塑膜條上摩擦34次,再翻過(guò)塑膜條使另一面朝上,重復(fù)剛才的動(dòng)作。 然后將塑膜條提起,會(huì)看到兩片塑膜條自然分開(kāi)成 90120。之后,將剛才用過(guò)的毛刷從下方伸入兩片塑膜條的中間,這時(shí)會(huì)看到兩片展開(kāi)的塑膜條突然合攏且緊貼于毛刷上。,提示:(1)毛刷與塑膜條摩擦后產(chǎn)生了靜電,兩層塑膜 條上帶有同種電荷,同種電荷相互排斥使塑膜條分開(kāi)。 (2)摩擦后的毛刷上帶有等量異種電荷,將毛刷伸入兩 片塑膜條中間,塑膜條合攏且緊貼著毛刷,說(shuō)明異種電 荷相互吸引。 (3)售貨員為

6、打開(kāi)塑料袋,用兩手揉擦其表面,原因與 上面的分析相同。,【歸納總結(jié)】 三種起電方式的比較:,三種起電方式各自遵循的規(guī)律 (1)摩擦起電時(shí)電荷轉(zhuǎn)移的規(guī)律。 摩擦起電時(shí),原子核中的質(zhì)子不能脫離原子核而移動(dòng),即相互摩擦的兩個(gè)物體中轉(zhuǎn)移的不可能是正電荷,轉(zhuǎn)移的只是負(fù)電荷,即電子。 電中性的兩個(gè)絕緣體相互摩擦,帶正電的物體一定是失去了電子,帶負(fù)電的物體一定是獲得了電子。,(2)感應(yīng)起電的分布規(guī)律。 近異遠(yuǎn)同:用帶電體靠近不帶電的導(dǎo)體時(shí),會(huì)在靠 近帶電體的一端感應(yīng)出與帶電體電性相反的電荷,遠(yuǎn) 離端感應(yīng)出與帶電體電性相同的電荷。 等量異性:用帶電體靠近不帶電的導(dǎo)體(或兩不帶電 的相互接觸的導(dǎo)體)時(shí),會(huì)在原不

7、帶電的導(dǎo)體兩端(或 兩不帶電的相互接觸的導(dǎo)體上)感應(yīng)出等量異性的電荷。,(3)接觸起電時(shí)電子轉(zhuǎn)移的規(guī)律。 帶負(fù)電的物體與不帶電的中性物體接觸,電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到中性物體上。 帶正電的物體與不帶電的中性物體接觸,電子由中性物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上。 帶正電的物體與帶負(fù)電的物體接觸,電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上。,【易錯(cuò)提醒】 (1)摩擦起電適用于絕緣體,感應(yīng)起電、接觸起電適用于導(dǎo)體。 (2)無(wú)論哪種起電方式,發(fā)生轉(zhuǎn)移的都是電子,正電荷不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。,【典題通關(guān)】 考查角度1 起電實(shí)質(zhì) 【典例1】(多選)關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì),下 列說(shuō)法中正確的是 ( ) A.摩擦起電說(shuō)明電

8、荷可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 B.摩擦起電現(xiàn)象說(shuō)明機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為電能,也說(shuō)明 通過(guò)做功可以創(chuàng)造出電荷,C.感應(yīng)起電說(shuō)明電荷可以從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一 部分 D.感應(yīng)起電說(shuō)明電荷可以從帶電的物體轉(zhuǎn)移到原來(lái)不 帶電的物體 【正確解答】選A、C。摩擦起電的實(shí)質(zhì)是電子從一個(gè) 物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,并沒(méi)有創(chuàng)造電荷,即說(shuō)明電 荷可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,故A選項(xiàng)正確。,摩擦起電現(xiàn)象說(shuō)明機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為電能,但沒(méi)有創(chuàng)造電荷。電荷只是發(fā)生轉(zhuǎn)移,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤。感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是電荷在電場(chǎng)力的作用下從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,故C選項(xiàng)正確。感應(yīng)起電是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。電荷可以從帶電的

9、物體轉(zhuǎn)移到原來(lái)不帶電的物體是接觸帶電,故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。,考查角度2 感應(yīng)起電 【典例2】(多選)如圖所示,不帶 電的枕形導(dǎo)體的A、B兩端各貼有 一對(duì)金箔。當(dāng)枕形導(dǎo)體的A端靠近一帶電導(dǎo)體C時(shí) ( ),A.A端金箔張開(kāi),B端金箔閉合 B.用手觸枕形導(dǎo)體后,A端金箔仍張開(kāi),B端金箔閉合 C.用手觸枕形導(dǎo)體后,將手和C都移走,兩對(duì)金箔均張 開(kāi) D.選項(xiàng)C中兩對(duì)金箔帶同種電荷 【正確解答】選B、C、D。根據(jù)靜電感應(yīng),帶正電的導(dǎo) 體C放在枕形導(dǎo)體附近,在A端出現(xiàn)了負(fù)電,B端出現(xiàn)了,正電,兩端金箔上各帶同種電荷而張開(kāi),選項(xiàng)A錯(cuò)誤。用手觸枕形導(dǎo)體后,B端不是最遠(yuǎn)端了,人是導(dǎo)體,人的腳部甚至地球是最遠(yuǎn)端,這樣B端

10、不再有電荷,金箔閉合,選項(xiàng)B正確。用手觸枕形導(dǎo)體時(shí),只有A端帶負(fù)電,將手和C移走后,不再有靜電感應(yīng)現(xiàn)象,A端所帶負(fù)電荷分布在枕形導(dǎo)體上,A、B端均帶有負(fù)電荷,兩對(duì)金箔均張開(kāi),選項(xiàng)C、D正確。,【規(guī)律方法】感應(yīng)起電的兩個(gè)重要特點(diǎn) (1)近異遠(yuǎn)同:用帶電體靠近不帶電的導(dǎo)體時(shí),會(huì)在靠 近帶電體的一端感應(yīng)出與帶電體電性相反的電荷,遠(yuǎn) 離帶電體的一端感應(yīng)出與帶電體電性相同的電荷。 (2)等量異性:用帶電體靠近不帶電的導(dǎo)體(或兩不帶 電的相互接觸的導(dǎo)體)時(shí),會(huì)在原來(lái)不帶電的導(dǎo)體兩端 (或兩不帶電的相互接觸的導(dǎo)體上)感應(yīng)出等量異性電荷。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】 1.如圖所示,絕緣細(xì)線上端固定,下端懸 掛一輕質(zhì)小球a,

11、a的表面鍍有鋁膜,在a 的近旁有一絕緣金屬球b,開(kāi)始時(shí)a、b都 不帶電。現(xiàn)使b帶電,則 ( ),A.a、b間不發(fā)生相互作用 B.b將吸引a,吸住后不放開(kāi) C.b立即把a(bǔ)排斥開(kāi) D.b先吸引a,接觸后又把a(bǔ)排斥開(kāi),【解析】選D。當(dāng)球b帶電時(shí),由于靜電感應(yīng),球a上靠近球b一端將帶有異種電荷,遠(yuǎn)離球b一端帶有同種電荷,球b對(duì)球a的引力大于斥力,所以表現(xiàn)為球b要吸引球a。當(dāng)球a與球b接觸后,由于接觸起電,球a與球b帶上同種電荷,球b要排斥球a,故只有選項(xiàng)D正確。,2.如圖所示,用起電機(jī)使金屬球A帶上正電荷,并靠近驗(yàn)電器B,則 ( ) A.驗(yàn)電器金箔不張開(kāi),因?yàn)榍駻沒(méi)有和球B接觸 B.驗(yàn)電器金箔張開(kāi),因

12、為整個(gè)驗(yàn)電器都感應(yīng)出了正電荷,C.驗(yàn)電器金箔張開(kāi),因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都感應(yīng)出了負(fù)電荷 D.驗(yàn)電器金箔張開(kāi),因?yàn)轵?yàn)電器的下部箔片感應(yīng)出了正 電荷 【解析】選D。相對(duì)于金屬球來(lái)講,金屬箔片是距離帶 電體A較遠(yuǎn)的一端,根據(jù)靜電感應(yīng)規(guī)律可知,驗(yàn)電器的 兩金屬箔片都帶上了正電荷,而同種電荷相斥,所以金 屬箔片張開(kāi),即D正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.如圖,把一個(gè)不帶電的枕形導(dǎo)體靠 近帶正電的小球,由于靜電感應(yīng),在 a、b兩端分別出現(xiàn)負(fù)、正電荷,則以 下說(shuō)法正確的是 ( ) A.閉合開(kāi)關(guān)S1,有電子從枕形導(dǎo)體流向大地 B.閉合開(kāi)關(guān)S2,有電子從枕形導(dǎo)體流向大地,C.閉合開(kāi)關(guān)S1,有電子從大地流向枕形導(dǎo)體 D.閉合開(kāi)

13、關(guān)S2,沒(méi)有電子通過(guò)開(kāi)關(guān)S2 【解析】選C。在S1、S2都閉合前,對(duì)枕形導(dǎo)體,它的 電荷是守恒的,a、b出現(xiàn)負(fù)、正電荷等量,當(dāng)閉合開(kāi) 關(guān)S1、S2中的任何一個(gè)以后,便把大地與導(dǎo)體連通,使 大地也參與了電荷轉(zhuǎn)移,因此,導(dǎo)體本身的電荷不再 守恒,而是導(dǎo)體與大地構(gòu)成的系統(tǒng)中電荷守恒,由于,靜電感應(yīng),a端仍為負(fù)電荷,大地遠(yuǎn)處應(yīng)感應(yīng)出正電荷,因此無(wú)論閉合開(kāi)關(guān)S1還是開(kāi)關(guān)S2,都應(yīng)有電子從大地流向?qū)w,故C選項(xiàng)正確。,2.(多選)如圖所示,將帶有負(fù)電的絕緣金 屬棒移近兩個(gè)不帶電的導(dǎo)體球,兩個(gè)導(dǎo)體 球開(kāi)始時(shí)互相接觸且對(duì)地絕緣,下列方法中能使兩球都帶電的是 ( ) A.先把兩球分開(kāi),再移走棒 B.先移走棒,再

14、把兩球分開(kāi) C.使棒與甲球瞬時(shí)接觸,再移走棒 D.先使乙球瞬時(shí)接地,再移走棒,【解析】選A、C、D。由于靜電感應(yīng),甲球感應(yīng)出正電 荷,乙球感應(yīng)出負(fù)電荷,把兩球分開(kāi)后,它們帶上了 等量異種電荷,所以A正確;若先將棒移走,則兩球不 會(huì)有靜電感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生,所以不會(huì)帶上電荷,B錯(cuò)誤; 使棒與甲球接觸,則兩球會(huì)因接觸而帶上負(fù)電荷,所 以C正確;若使乙球瞬時(shí)接地,則乙球上感應(yīng)出的負(fù)電 荷因受斥力而被導(dǎo)走,再將棒移走,由于甲、乙是接,觸的,所以甲球上的電荷會(huì)重新分布在甲、乙兩球上,結(jié)果是兩球都帶上了正電荷,所以D正確。,知識(shí)點(diǎn)二 電荷守恒定律的理解 探究導(dǎo)入: 甲、乙兩同學(xué)各拿一帶電小球做實(shí)驗(yàn)時(shí)不小心兩小球

15、接觸了一下,結(jié)果兩小球都沒(méi)電了!電荷到哪里去了呢?是否違背了電荷守恒定律?,提示:(1)兩球上的異種電荷中和了,即正、負(fù)電荷代數(shù)和為0,對(duì)外不顯電性。 (2)沒(méi)有違背電荷守恒定律。,【歸納總結(jié)】 1.物體帶電的實(shí)質(zhì):使物體帶電不是創(chuàng)造了電荷,使物體不帶電也不是消滅了電荷。物體帶電的實(shí)質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移,也就是物體間電荷的重新分配。 2.應(yīng)用電荷守恒定律分析接觸起電現(xiàn)象中電荷量的分配:,(1)導(dǎo)體接觸起電時(shí)電荷量的分配與導(dǎo)體的形狀、大小有關(guān)。完全相同的金屬球接觸時(shí),電荷量平均分配;形狀、大小不同的導(dǎo)體接觸時(shí)電荷量不能平均分配。無(wú)論哪種情況,接觸前后電荷總量不變。 (2)完全相同的金屬球接觸起電時(shí)

16、電荷量的分配情況。 用電荷量為Q的金屬球與不帶電的金屬球接觸后,兩小球所帶的電荷量相等,電性與原帶電金屬球相同。,用電荷量為Q1的金屬球與電荷量為Q2的金屬球接觸, 若兩球帶同種電荷,則每個(gè)小球所帶的電荷量均為總 電荷量的一半,即Q1=Q2= ,電性與兩球原來(lái) 所帶電荷的電性相同;若兩球帶異種電荷,接觸后先 中和等量的異種電荷,剩余電荷量平均分配,電性與 接觸前帶的電荷量大的金屬球的電性相同。,3.守恒的廣泛性:電荷守恒定律和能量守恒定律一樣,是自然界中最基本的規(guī)律,任何電現(xiàn)象都不違背電荷守恒定律。電荷守恒定律也涵蓋了近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律。,【特別提醒】,【典題通關(guān)】

17、【典例】(多選)原來(lái)甲、乙、丙三物體都不帶電,今使甲、乙兩物體相互摩擦后,乙物體再與丙物體接觸,最后,得知甲物體帶正電1.610-15 C,丙物體帶電810-16 C。則對(duì)于最后乙、丙兩物體的帶電情況,下列說(shuō)法中正確的是( ),A.乙物體一定帶有負(fù)電荷810-16 C B.乙物體可能帶有負(fù)電荷2.410-15 C C.丙物體一定帶有正電荷810-16 C D.丙物體一定帶有負(fù)電荷810-16 C,【正確解答】選A、D。物體經(jīng)過(guò)摩擦后,會(huì)產(chǎn)生電。得到電子的帶負(fù)電,失去電子的帶正電。甲、乙兩物體相互摩擦后,甲物體帶正電1.610-15 C,則乙?guī)ж?fù)電1.610-15 C,若乙物體再與丙物體接觸,由

18、于丙物體帶電810-16 C,且一定帶負(fù)電,則乙也一定帶負(fù)電,大小為810-16 C,故A、D正確,B、C錯(cuò)誤。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】 1.(多選)把兩個(gè)完全相同的小球接觸后分開(kāi),兩球相互排斥,則兩球原來(lái)帶電情況可能是 ( ) A.其中一個(gè)帶電,一個(gè)不帶電 B.兩個(gè)小球原來(lái)帶等量異種電荷 C.兩個(gè)小球原來(lái)帶同種電荷 D.兩個(gè)小球原來(lái)帶不等量異種電荷,【解析】選A、C、D。原來(lái)的其中一個(gè)帶電,一個(gè)不帶 電,接觸后電荷平分,帶上等量同種電荷,存在排斥 力,故A正確;兩個(gè)小球原來(lái)分別帶等量異種電荷,接 觸后電荷完全中和,兩球不存在排斥力,故B錯(cuò)誤;兩 個(gè)小球原來(lái)分別帶同種電荷,把兩個(gè)完全相同的小球 接觸后電

19、荷重新平分,帶上等量同種電荷,存在排斥 力,故C正確;兩個(gè)小球原來(lái)分別帶不等量異種電荷,,小球接觸后電荷先中和再平分,帶上等量同種電荷,存在排斥力,故D正確。,2.半徑相同的兩金屬小球A、B帶有相同的電荷量,相隔一定的距離,今讓第三個(gè)半徑相同的不帶電金屬小球C先后與A、B接觸后移開(kāi): (1)若A、B兩球帶同種電荷,接觸后兩球的電荷量之比為多大? (2)若A、B兩球帶異種電荷,接觸后兩球的電荷量之比為多大?,【解析】(1)A、B帶同種電荷,設(shè)電荷量為Q,C與A接 觸后,由于形狀相同,二者平分電荷量,A、C所帶的 電荷量均為 Q。 C與B接觸后平分二者電荷量, 則B、C的電荷量均為 ( Q+Q)=

20、 Q, A、B最終的電荷量之比為 Q Q=23。,(2)A、B帶異種電荷,設(shè)電荷量分別為Q、-Q,A、C接 觸后,平分電荷量,A、C的電荷量均變?yōu)?Q,C與B接 觸后,平分二者的電荷量,C、B的電荷量均為 ( Q-Q)=- Q, 則A、B最終的電荷量之比為 Q|- Q|=21。 答案:(1)23 (2)21,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.如圖所示,導(dǎo)體A帶正電,當(dāng)帶負(fù)電的導(dǎo)體B靠近A時(shí),A帶的 ( ) A.正電荷增加 B.負(fù)電荷增加 C.正、負(fù)電荷均增加 D.電荷量不變,【解析】選D。當(dāng)帶負(fù)電的導(dǎo)體B靠近導(dǎo)體A時(shí),兩導(dǎo)體之間無(wú)接觸,由電荷守恒定律可知,A帶的電荷量不變,只是電荷重新在導(dǎo)體表面上發(fā)生了分布(

21、電荷重新分布是由電荷之間相互作用力產(chǎn)生的)。,2.有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬球A、B,分別帶 有電荷量QA=6.410-9 C,QB=-3.210-9 C,讓兩絕緣金屬球接觸。在接觸后,A、B帶電荷量各是多少?此過(guò)程中電子如何轉(zhuǎn)移?轉(zhuǎn)移了多少個(gè)電子?,【解析】由于QA=6.410-9 C,QB=-3.210-9 C,根據(jù) 電荷均分規(guī)律,兩球接觸時(shí)帶電量相同: QA=QB= =1.610-9 C。兩球接觸時(shí),自由 電子由B向A轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移的個(gè)數(shù): n= =3.01010(個(gè)) 答案:均為1.610-9 C 自由電子由B向A轉(zhuǎn)移 3.01010個(gè),【拓展例題】考查內(nèi)容:多電荷相互作用問(wèn)題 【典例】(多選)如圖所示,a、b、c、d 為四個(gè)帶電小球,兩球之間的作用分別 為a吸d,b斥c,c斥a,d吸b,則 ( ) A.僅有兩個(gè)小球帶同種電荷 B.僅有三個(gè)小球帶同種電荷,C.c、d小球帶同種電荷 D.c、d小球帶異種電荷 【正確解答】選B、D。由d吸a, d吸b可知a與b帶同種電荷, 且與d帶異種電荷; 由c斥a, c斥b可知c、a、b帶同種電荷, c與d帶異種電荷, 所以A、C錯(cuò), B、D對(duì)。,

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