1、第1章 静电力与电场强度第1节静电的产生及其微观解释新 课 程 标 准学 业 质 量 目 标1.通过实验,了解静电现象。2.能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。合格性考试1.通过验电器等实验器材,认识生活中的静电现象。2.能理解静电现象的本质,能从微观角度解释静电现象。选择性考试能对静电现象的综合问题进行分析,对生活中的静电现象进行解释。必备知识自主学习一、静电的产生我们用塑料尺在头发上摩擦几下,塑料尺就有了“魔力”,它可以吸引纸屑等小物体了,为什么?提示:摩擦之后,塑料尺带上了“电”,从而具有了吸引轻小物体的特性。 1.电荷的种类:判断下列情形中,物体所带电荷的种类。(1)用丝绸摩
2、擦过的玻璃棒所带的电荷是A。(2)用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是B。(选填:A.正电荷B.负电荷)2.电荷间的相互作用:用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近用毛皮摩擦过的硬橡胶棒,两棒相互A;用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近用硬橡胶棒摩擦过的毛皮,两者相互B。(选填:A.吸引B.排斥)3.电荷量:电荷的多少叫电荷量,常用Q或q表示,其国际单位是库仑,符号为C。4.判断下列情形中,使物体带电的方式:甲:摩擦起电;乙:接触起电;丙:感应起电。二、产生静电的微观解释干燥的冬天开车门时手与金属车门之间容易“触电”,所以在某购物网站上出现了名叫“静电消除器”的产品,手持“静电消除器”与车体金属部分接触一下(如图所示
3、),就可以防止“触电”,这样做是把静电消灭了吗?提示:不是,电荷不会消失,只是发生了转移。1.电荷守恒定律:电荷既不能被创造,也不能被消灭,只能从物体的一部分转移到另一部分,或者从一个物体转移到另一个物体;在转移的过程中,电荷的总量不变。2.物体带电的本质是电子发生转移。(1)摩擦起电就是产生了新的电荷。()(2)发生静电感应现象时,导体靠近带正电的物体的一端带负电荷。()(3)带电物体靠近导体,导体感应起电,拿走带电体,导体仍然带电。()(4)无论哪种起电方式都遵循电荷守恒定律。()关键能力合作学习 知识点一三种起电方式的比较内容摩擦起电接触起电感应起电产生及条件两种不同物体摩擦时导体与带电
4、体接触时导体靠近带电体时实例分析毛皮摩擦橡胶棒带电体接触验电器带电体靠近验电器现象毛皮和橡胶棒带上等量异种电荷验电器带上与带电体相同电性的电荷验电器两端出现等量异种电荷,且电性与带电体“近异远同”实质电子得失电子转移电荷间相互吸引或排斥引起电子转移某同学用一带电金属棒逐渐靠近一验电器并最终接触验电器,验电器的金属箔片的夹角逐渐增大,试分析此过程中验电器的带电方式。提示:先感应起电后接触起电。【典例】如图所示,取一对用绝缘柱支撑的不带电导体A和B,使它们彼此接触,现在把带正电荷的物体C移近导体A,发现贴在A、B下部的金属箔都张开,下列说法正确的是()A.此时A带正电荷,B带负电荷B.此时A和B都
5、带负电荷C.A、B分开后移去C,A、B上的金属箔仍保持张开D.先移去C,再把A、B分开,A、B上的金属箔仍保持张开【解析】选C。由于静电感应,靠近正电荷C的A带负电荷,远离正电荷C的B带正电荷,故A、B错误;把A、B分开后移去C,A带的负电荷和B带的正电荷无法中和,A仍然带负电,B仍然带正电,所以金属箔片仍然张开,故C正确;先移去C,则A、B正负电荷中和,再把A和B分开,A和B都不带电,A、B上的金属箔不会张开,故D错误。感应起电的规律(1)近异远同:用带电体靠近不带电的导体时,会在靠近带电体的一端感应出与带电体电性相反的电荷,远离端感应出与带电体电性相同的电荷。(2)等量异性:用带电体靠近不
6、带电的导体(或两不带电的相互接触的导体)时,会在原不带电的导体两端(或两不带电的相互接触的导体)感应出等量异性的电荷。完全相同的两金属小球A、B相隔一定的距离,A球所带电荷量为7Q,B球所带电荷量为-Q,与A、B球完全相同的C球不带电,让C球反复与A、B两球多次接触,最后移走C球,问:A、B两球最后所带电荷量分别为多少?【解析】题中所说“C球反复与A、B两球多次接触”,隐含一个解题条件,即:A、B原先所带电荷量的总和,最后在三个相同的小球间均分,相当于将三个小球互相接触,正负电荷先中和后平分,则A、B两球最后带的电荷量均为=2Q。答案:2Q2Q【加固训练】1.如图用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑
7、料板摩擦,实验结果如图所示,根据实验结果可知下列关于摩擦带电的说法中,正确的是()A.物体摩擦过程中,表面粗糙的容易得到电子B.摩擦带电使本来没有电子和质子的物体分别产生电子和质子C.两物体摩擦带电时,一定带上种类及数量不同的电荷D.同一物体与不同种类的物体摩擦时,该物体所带电荷种类可能不同【解析】选D。物体摩擦是否得失电子取决于原子核对电子的束缚能力大小,与物体表面的粗糙程度无关,A错误;摩擦带电的本质是电子的转移,并非创造电子和质子,所以两物体带电种类不同,但数量相等,B、C错误;由实验可以看出,同一物体与不同种类的物体摩擦,带电种类可能不同,D正确。2. (多选)如图所示,在真空中把一个
8、绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近。关于绝缘导体两端的电荷,下列说法中正确的是()A.两端的感应电荷越来越少B.两端的感应电荷是同种电荷C.两端的感应电荷是异种电荷D.两端感应电荷的电荷量相等【解析】选C、D。由于绝缘导体内有大量可自由移动的电子,当它慢慢靠近带负电的球P时,由于同种电荷相互排斥,绝缘导体上靠近P的一端因电子被排斥到远端而带上正电荷,远离P的一端带上等量的负电荷。绝缘导体离P球越近,电子被排斥得越多,故A、B错误,C、D正确。 知识点二产生静电的原因及分析1.原子的组成:(1)原子由原子核和核外电子组成,原子核由带正电的质子和不带电的中子组成,核外电子带负电。(2)金属中离原子核较
9、远的电子往往会脱离原子核的束缚,而在金属中自由活动的电子称之为自由电子,失去这种电子的原子便成为带正电的离子。2.物体带电的实质:(1)净电荷:没有另一种电性与之中和,整体显电性的电荷,是正、负电荷中和后多出来的电荷。(2)物体带电的实质不是创造电荷,使物体不带电也不是消灭电荷。(3)物体带电的实质是电荷发生转移,重新分配,使某物体或某部分出现净电荷。某次实验中,甲、乙两同学各拿一带电小球做实验时不小心把两小球接触了一下,结果两小球都不带电了,小球上的电荷到哪里去了?提示:两小球上的异种电荷中和了,即正、负电荷代数和为0,对外不显示电性。【典例】(多选)如图所示,将带正电荷Q的导体球C靠近不带
10、电的绝缘导体。若沿虚线1将导体分成A、B 两部分,这两部分所带电荷量分别为QA、QB;若沿虚线2将导体分成两部分,这两部分所带电荷量分别为QA和QB。关于这四个部分电荷量的判断,下列说法正确的是()A.QA和QA都带正电,QB和QB都带负电B.沿虚线1分割时,QA、QB两部分所带的电荷量大小相等C.沿虚线1分割时,QA、QB两部分所带的电荷量大小不相等D.沿虚线2分割时,QA所带的电荷量小于QB所带的电荷量【解析】选A、B。 由题意可知,静电感应现象使得A带正电,B带负电,QA和QA都带正电,QB和QB都带负电,故A正确; 导体原来不带电,只是在C中正电荷的作用下,导体中的自由电子向B端移动,
11、使B端有了多余的电子而带负电,A端少了电子而带正电。A端移去的电子数目和B端多余的电子数目是相同的,因此无论沿哪一条虚线切开,两部分的电荷总量都是相等的,即QA=QB,QA=QB,故B正确,C、D错误。1.下列关于使物体起电的说法错误的是()A.不管是何种起电方式,都要遵循电荷守恒定律B.摩擦起电时,失去电子的物体带正电,得到电子的物体带负电C.摩擦起电和感应起电都能使电子转移,只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上,而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分D.一个带电体接触一个不带电的物体,则两个物体带上等量异种电荷【解析】选D。不管是何种起电方式,都要遵循电荷守恒定律,故A正确;摩
12、擦起电时,电子发生转移;失去电子的物体带正电,得到电子的物体带负电,故B正确;起电的原因均为电荷的转移,摩擦起电和感应起电都能使电子转移,只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上,而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分,故C正确;接触起电时,两物体只能带上同种电荷,并且只有两物体完全相同时才能带等量电荷,故D错误。2.M和N是两个原来都不带电的物体,它们互相摩擦后M带1.610-10 C正电荷,下列判断中正确的是()A.在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B.摩擦的过程中电子从M转移到NC.摩擦的过程中,创造了1.610-10 C的正电荷D.摩擦的过程中,消灭了1.610-10 C的正电荷
13、【解析】选B。在摩擦前,物体内部存在着等量的异种电荷,对外不显电性,故A错误;M失去电子带正电,N得到电子带负电,所以电子是从M转移到N,故B正确;摩擦起电的过程中,并没有创造电荷,也没有消灭电荷,而是电荷发生了转移,故C、D错误。【加固训练】(多选)一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中,经过一段时间后,发现该小球上的电荷几乎不存在了,这说明 ()A.小球上原有的负电荷逐渐消失B.此现象说明电荷守恒定律是错误的C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了D.该现象是由于电子的转移引起的,仍然遵循电荷守恒定律【解析】选C、D。绝缘小球上的电荷量减少是由于电子通过潮湿空气导电转移到外界,
14、只是小球上的电荷量减少,但这些电子并没有消失,就小球和整个外界组成的系统而言,其电荷总量不变,因此,C、D选项均正确。【拓展例题】考查内容:多电荷间的相互作用问题【典例】(多选)a、b、c、d为四个带电小球,两球之间的作用如图所示,则()A.仅有两个小球带同种电荷B.仅有三个小球带同种电荷C.c、d小球带同种电荷D.c、d小球带异种电荷【解析】选B、D。由d吸引a,d吸引b可知a与b带同种电荷,且与d带异种电荷;由c排斥a,c排斥b可知c、a、b带同种电荷,c与d带异种电荷,所以A、C错误,B、D正确。情境模型素养中央电视台某节目中介绍说,蜜蜂除了用脚采集花粉之外,在飞行过程中蜜蜂与空气摩擦产
15、生静电,因此蜜蜂在飞行中就可以吸引带正电的花粉。探究:(1)蜜蜂本身带什么电?(2)蜜蜂在飞行过程中电荷如何实现转移?【解析】(1)蜜蜂飞行过程可以吸引带正电的花粉,故蜜蜂本身带负电。(2)蜜蜂飞行过程与空气摩擦产生静电,蜜蜂带负电,说明摩擦过程中,空气中的电子转移到蜜蜂身上。答案:见解析静电喷漆广泛应用于我们的生产生活中,如图所示,静电喷涂时,喷枪喷出带负电的涂料微粒,被喷工件带正电,微粒只在静电力作用下向工件运动,最后吸附在工件表面。探究:为什么要让涂料带上电?【解析】由于同种电荷相互排斥,带上同种电荷的涂料相互排斥而均匀散开,同时被带有异种电荷的工件吸引,这样在工件表面上就可以形成光亮的
16、油漆层。答案:见解析课堂检测素养达标1.如图所示是一幅科普漫画,漫画中的英文意思是“(电子)不能被分成两半”,这幅科普漫画要向读者传达的主要物理知识应该是()A.电子带负电荷B.电子是构成原子的粒子C.电荷既不会创生,也不会消灭D.所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍【解析】选D。题干中说“(电子)不能被分成两半”,表达的意思是电子所带的电荷量是最小电荷量,不能再分为更小的电荷量,所有带电体的电荷量都是电子所带电荷的整数倍,因此D项符合题意,A、B、C错误。【加固训练】有甲、乙、丙三个轻质小球,其中甲球靠近毛皮摩擦过的橡胶棒时被排斥。现将甲与乙、丙分别靠近时,它们相互作用的情况如图所示。下列判
17、断正确的是()A.乙球一定带负电,丙球可能带正电B.乙球可能不带电,丙球一定带负电C.乙球可能带正电,丙球一定带正电D.乙球一定不带电,丙球可能带负电【解析】选B。由于毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,甲球靠近毛皮摩擦过的橡胶棒时被排斥,所以甲球带负电,甲能吸引乙,则乙可能带正电,也可能不带电;丙与甲相互排斥,所以丙带负电。故B正确,A、C、D错误。2.使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况,正确的是()【解析】选B。由于同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,所以验电器的上端应带上与小球异号的电荷,而验电器的箔片上将带上与小球同号的电荷,B正确。3.关
18、于摩擦起电和感应起电的实质,下列正确的是()A.摩擦起电说明通过做功可以创造电荷B.摩擦起电说明电荷可以创造C.感应起电说明电荷可以从物体的一个部分转移到物体另一个部分D.感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了【解析】选C。摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,并没有创造新的电荷,故A、B错误;感应起电的实质是电荷在电场力作用下,从物体的一部分转移到另一个部分,故C正确,D错误。【加固训练】下列有关起电的说法,正确的是()A.摩擦起电说明电荷是可以创造的B.感应起电的过程中电荷总量不守恒C.接触起电的本质是物体的电子发生了转移D.等量的正、负电荷可以中和,说明电荷可
19、以被消灭【解析】选C。摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,即说明了电荷可以从一个物体转移到另一个物体,并没有产生电荷,物体带负电荷是因为在摩擦过程中此物体得到电子,故A错误;感应起电过程,在电场力作用下,电荷从物体的一部分转移到另一个部分,总的电荷量并没有改变,故B错误;接触起电的本质是物体的电子发生了转移,故C正确;等量的正、负电荷可以中和,但电荷并没有被消灭,只是整体不显示电性而已,故D错误。4.有两个完全相同的金属小球,所带的电荷量分别为Q1=810-9 C,Q2=-410-9 C,两小球接触后再分开,则两小球所带电荷量分别为()A.810-9C,-410-9CB.210-9
20、C,210-9CC.310-9C,110-9CD.无法确定【解析】选B。两个完全相同的带电金属球接触后,所带电荷会平均分配。由于两小球带异种电荷,所以电荷先中和,再平分,分开后两个小球的带电量为:Q= C=210-9 C,故B正确,A、C、D错误。【总结提升】接触带电时电量的分配规律(1)用带电量为Q的金属球与不带电的相同金属球接触,每个小球带电量均为,且所带电荷的性质相同。(2)用带电量为Q1的金属球与带电量为Q2的相同金属球接触,若两球带同种电荷,则每个小球所带电量为总电量的一半;若两球带异种电荷,则先中和相同量的异种电荷,然后平分剩余电荷。公式:Q=(式中Q1、Q2带正负号)5.如图所示
21、,AB是中性导体,把一个带正电的电荷靠近(不接触)A端后,又拿走。B端带电情况为()A.正电B.不带电C.负电D.不确定【解析】选B。把一个带正电的带电体靠近A端后又拿走,则导体AB将重新回到原来的状态,两端都不带电,故B正确。6.绝缘细线上端固定,下端悬挂一轻质小球a,a的表面镀有铝膜。在a的近旁有一绝缘金属球b,开始时a、b都不带电,如图所示,现使b带电,则()A.a、b之间不发生相互作用B.b将吸引a,吸在一起不分开C.b立即把a排斥开D.b先吸引a,接触后又把a排斥开【解析】选D。带电物体能够吸引轻小物体,故b会将a球吸引过来,a与b接触后,带同种电荷而分开;故A、B、C错误,D正确。