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第1节　静电的产生及其微观解释
第一部分
课堂探究
课堂探究1　电荷及三种起电方式的理解
【例1】 (2021·重庆复旦中学月考)关于摩擦起电现象，下列说法中正确的是(　　)
A.摩擦起电现象使本来没有电子或质子的物体产生了电子或质子
B.两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷
C.摩擦起电可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到另一个物体而形成的
D.用丝绸摩擦玻璃棒时，电子从丝绸上转移到玻璃棒上，玻璃棒因质子数少于电子数而带负电
解析　摩擦起电现象的实质是电荷的转移，而不是产生了电子或质子，故A错误；两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷，故B正确；摩擦起电是因为摩擦导致电子从一个物体转移到另一个物体而形成的，故C错误；用丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而带正电，故D错误。
答案　B
【例2】 (2021·贵定中学高二期末)吉尔伯特制作了第一只验电器，后来，英国人格雷改进了验电器，其结构如图所示。验电器原来带正电，如果用一根带大量负电的金属棒接触验电器的金属球，金属箔的张角将(　　)
A.先变小后变大 B.变大
C.变小 D.先变大后变小
解析　带大量负电的金属棒接触验电器的金属球使验电器上所带的正电荷先与负电荷中和，验电器带电减少，金属箔张角变小；中和完后，多余的负电荷又会转移到验电器上，使金属箔的张角再次变大。
答案　A
正电荷的转移等效为电子的转移，两者可以等效为不同方向的移动。
【例3】 (2021·玛纳斯县一中高二期末)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，其中正确的是(　　)
解析　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，故A、C、D项错误，B项正确。
答案　B
课堂探究2　感应起电的分析
【例4】 (2021·浙江余杭高级中学高一)如图所示，用绝缘柱支持的导体A和B彼此接触，起初它们不带电，贴在两端下部的金属箔是闭合的。把带正电的物体C移近A端，然后把A和B分开较远的距离，再移去C，则(　　)
A.C移近A端时，A端的金属箔张开，B端的金属箔闭合
B.C移近A端时，A端的金属箔闭合，B端的金属箔张开
C.A和B分开，移去C后，B端的金属箔会立即闭合
D.A和B分开，移去C后，A端的金属箔仍会张开
解析　将带电体C移近A、B时，由于静电感应现象可知，A端是近端，会感应出异种电荷，B端是远端，会感应出同种电荷；当再把A和B分开，移去C后，A和B仍带异种的电荷，故A、B端的金属箔仍会张开，选项D正确。
答案　D
【针对训练1】 (多选)(2021·广东茂名电白一中高二上月考)如图所示，把置于绝缘支架上的不带电的枕形导体放在带负电的导体C附近，枕形导体的A端感应出正电荷，B端感应出负电荷。以下关于使枕形导体带电的说法中正确的是(　　)
A.如果用手摸一下枕形导体的B端，B端自由电子将经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，枕形导体带正电
B.如果用手摸一下枕形导体的A端，大地的自由电子将经人体流入枕形导体与A端的正电荷中和，手指离开，移去带电体C，枕形导体带负电
C.如果用手摸一下枕形导体的中间，由于中间无电荷，手指离开，移去带电体C，枕形导体不带电
D.无论用手摸一下枕形导体的什么位置，导体上的自由电子都经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，枕形导体带正电
解析　无论用手摸一下枕形导体的什么位置，都会使枕形导体通过人体与大地相连，人、枕形导体和大地构成一个新的导体，由于静电感应，枕形导体上的自由电子将经人体流入大地，使得枕形导体带正电，手指离开，移去带电体C，枕形导体带正电，故选A、D。
答案　AD
课堂总结知识点
一、静电的产生
1.电荷
(1)电荷量：电荷的多少。在国际单位制中，电荷量的单位为库仑，简称库，符号为C。
(2)电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
2.摩擦起电：当两个由不同物质组成的物体互相摩擦时，一个物体中某些原子的电子挣脱了原子核的束缚，转移到另一个物体上，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带等量的正电。
3.接触起电：当一个带电体接触导体时，电荷会发生转移，使导体也带电。
4.感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电子便会靠近或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷，这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。
■归纳拓展
三种起电方式的比较
摩擦起电 感应起电 接触起电
产生条件 两个不同材料制成的物体摩擦 带电体靠近导体 带电体与导体接触
现象 两个物体带上等量异种电荷 导体两端出现等量异种电荷，且电性与带电体“近异远同” 导体带上与带电体相同电性的电荷
原因 不同物体的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子得失 导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离) 同种电荷之间相互排斥
实质 电荷的转移
规律及注意事项 原子核不能自由移动，相互摩擦的两个物体间转移的不可能是正电荷，只能是电子，即带正电的物体一定失去了电子，带负电的物体一定得到了电子 导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷 无论是带电体与电中性物体接触还是两个带电体接触，转移的一定是电子
1.感应起电的两种不同方式
(1)感应出异种电荷
①如图甲，两导体A、B相互接触；②如图乙，将带电体C靠近A、B；③如图丙，保持C不动，用绝缘棒将A、B分开，然后移走C，则A、B分别带异种电荷。
注意　第(3)步中若先移走C，再将A、B分开，A、B不带电，因为移走C后感应电荷会立即中和。
(2)感应出同种电荷
注意　图②中，用手接触导体B端，B端电子通过人体导入大地，此时人体(大地)相当于导体的远端；图③中，将手指移开，A所带电荷不变，B所带电荷消失；图④中，移去带电体C，这时导体带上了和带电体C电性相反的电荷；图⑤中将A、B分开，A、B均与带电体C电性相反。
总结：感应同种要接地。感应异种不接地。先分开再拿掉会带电。
(3)规律：近端感应异种电荷，远端感应同种电荷。总结为：近异远同，电量相等。
2.静电感应中接地问题的近端与远端
遇到接地问题时，导体与大地组成一个导体，则带电体靠近时，该导体可视为近端物体，与带电体带异种电荷，地球可视为远端，与带电体带同种电荷。
课堂探究3　电荷守恒定律
【例5】 (2021·浙江富阳中学期中)下列关于起电现象的描述，正确的是(　　)
A.摩擦起电的本质是创造了新的电荷
B.一带正电物体靠近不带电的导体时，不带电的导体将带负电荷
C.无论通过何种方式使物体带电，本质都是电荷在物体之间或者内部转移，并没有创造新电荷
D.两个完全一样的金属球，一球带电荷量＋0.4 C，另一球带电荷量－0.2 C，两球接触后再分开，则每球带电荷量是＋0.3 C
解析　摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不相同，因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子，其质子数比电子数多，我们说它带正电荷。若一个物体得到电子，其质子数比电子数少，我们说它带负电荷。使物体带电并不是创造出电荷，故A错误； 带正电的物体靠近不带电的金属导体，由于电子被吸引，导体上靠近带正电物体的部分带负电，远离带正电物体的部分带正电，导体整体不带电，故B错误； 无论通过何种方式使物体带电，本质都是电荷在物体之间或者内部转移，并没有创造新电荷，故C正确； 两个完全一样的金属球，一球带电荷量＋0.4 C，另一球带电荷量－0.2 C，两球接触后再分开，电荷先中和再均分，每球带电荷量是＋0.1 C，故D错误。
答案　C
【针对训练2】 完全相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个完全相同的不带电金属小球C，先后与A、B接触后移开。
(1)若A、B两球带同种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多少？
(2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多少？
解析　(1)设A、B带同种电荷，带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝q。
C与B球接触后，B、C所带电荷量为qB＝qC′＝＝q。故A、B带电荷量大小之比为＝＝。
(2)设qA＝＋q，qB＝－q。
则C与A接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝＋q。
C与B接触后，B、C带电荷量为qB＝qC″＝＝－q，
故A、B带电荷量大小之比为＝＝。
答案　(1)2∶3　(2)2∶1
二、产生静电的微观解释
1.电荷守恒定律
表述：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。在转移过程中，电荷的总量不变。
2.摩擦起电的实质：两个不同物质组成的物体相互摩擦，由于摩擦力做功，一个物体中的电子获得能量，挣脱原子核的束缚转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律，一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电。
3.感应起电的实质是在附近带电体所带电荷的作用下，导体中的自由电子从导体的一部分转移到了另一部分。
■归纳拓展
1.电荷守恒定律适用于任何情况，电荷的减少或者增加都是电荷在两个物体之间或同一物体不同部分之间的转移。
2.物体带电的实质：使物体带电不是创造了电荷，使物体不带电也不是消灭了电荷。物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。摩擦起电、感应起电和接触起电，均遵守电荷守恒定律。
3.电子转移规律
(1)带正电荷的导体与带负电荷的导体接触，电子由带负电荷的导体转移到带正电荷的导体上。
(2)带正电荷的导体与不带电的中性导体接触，电子由不带电的中性导体转移到带正电荷的导体上。
(3)带负电荷的导体与不带电的中性导体接触，电子由带负电荷的导体转移到不带电的中性导体上。
4.完全相同的带电体电荷分配规律
(1)带同种电荷，总电荷量平分，电荷量分别为Q1和Q2，接触后各自的电荷量相等。
Q1′＝Q2′＝。
(2)带异种电荷，先中和再平分。电荷量分别为Q1和－Q2，接触后各自的电荷量相等。
Q1′＝Q2′＝。
第二部分课堂随堂测
1.(电荷量)(2021·福建永安三中高二月考)下列关于电荷量的说法正确的是(　　)
A.物体所带的电荷量可以为任何值
B.物体所带的电荷量只能为正值
C.物体带电荷量为Q＝－1.6×10－9C，这是因为得到了1.0×1010个电子
D.物体所带电荷量的最小值是1.6×10－18C
解析　元电荷是最小的电荷量，物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍，选项A错误；正电荷所带的电荷量为正值，负电荷所带的电荷量为负值，选项B错误；元电荷e＝1.60×10－19 C，物体所带的电荷量为Q＝－1.6×10－9 C，这是因为得到了1.0×1010个电子，选项C正确；元电荷是最小的电荷量，其值为e＝1.60×10－19 C，物体所带电荷量的最小值为1.60×10－19 C，选项D错误。
答案　C
2.(摩擦起电)(2021·浙江永嘉中学高二期末)如图所示，将一束塑料丝一端打结，并用手迅速向下捋塑料丝多次，观察到这束塑料丝下端散开了，产生这种现象的主要原因是(　　)
A.塑料丝之间相互感应起电
B.塑料丝所受重力小，自然松散
C.塑料丝受到空气浮力作用而散开
D.由于摩擦起电，塑料丝带同种电荷而相互排斥
解析　由于不同物质对电子的束缚本领不同，当手与塑料丝摩擦时，使塑料丝带上了同种电荷，而同种电荷相互排斥，因此会观察到塑料丝散开，D正确，A、B、C错误。
答案　D
3.(接触起电)(2021·甘肃会宁县高二期中)绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的旁边有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图所示，现使b带电，则(　　)
A.b将吸引a，吸住后不放
B.b先吸引a后，接触后又把a排斥开
C.a、b之间不发生相互作用
D.b立即把a排斥开
解析　b带电，吸引轻小物体a，a向b靠拢并与b接触，a将与b带同种电荷后而被排斥开，故B正确，A、C、D错误。
答案　B
4.(感应起电)(2021·山东烟台二中期末)如图所示，不带电导体B在靠近带正电荷的导体A后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是(　　)
A.若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带负电
B.若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电
C.若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将不带电
D.若用导线将P端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电
解析　当不带电导体B靠近带正电的导体A后。靠近A的P端感应出负电荷，而远离A的Q端感应出等量的正电荷，此时无论哪一端接地，导体B与大地成为一个新的导体，这时大地变成了这个新导体的远端，而P端仍是近端，故负电荷仍留在P端，而Q端原来感应出的正电荷被从大地转移来的负电荷中和，当断开导线再取走A后，P端的负电荷就留在导体B上，故A正确，B、C、D错误。
答案　A
第三部分课后作业
(限时20分钟)
题组一　电荷及三种起电方式的理解
1.(2021·广东顺德一中高二期中)小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个带电体所带的电量出现有四个关键数字但看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列假设几个数字中的哪一个(　　)
A.6.2×10－19 C B.1.28×10－18 C
C.6.6×10－19 C D.6.8×10－19 C
解析　电子所带的电荷量大小是最小的，人们把最小电荷量叫作元电荷，任何带电体所带电荷都是元电荷e的整数倍，因此该带电量为电子电量e＝1.6×10－19 C的整数倍。
n1＝＝3.875，故A错误；
n2＝＝8，故B正确；
n3＝＝4.125，故C错误；
n4＝＝4.25，故D错误。
答案　B
2.(2021·高台县一中高二期末)如图所示，在真空中，把一个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，下列说法中不正确的是(　　)
A.两端的感应电荷越来越多
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.两端的感应电荷电荷量相等
解析　把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近，绝缘导体两端的感应电荷越来越多，选项A正确；离带负电的球P较近的一端感应出正电荷，较远的一端感应出负电荷，即两端的感应电荷是异种电荷，选项B错误，C正确；据电荷量守恒知，两端的感应电荷电荷量相等，选项D正确。
答案　B
题组二　感应起电的分析
3.(多选)某一验电器的金属小球和金属箔片均带负电，金属箔片处于张开状态。现在将带有少量负电荷的硬橡胶棒向验电器的金属小球靠近，则验电器的金属箔片(　　)
A.张角增大
B.张角减小
C.硬橡胶棒的靠近，致使金属小球上的电子向金属箔片移动
D.硬橡胶棒的靠近，致使金属箔片上的质子向金属小球移动
解析　带负电的硬橡胶棒靠近验电器，验电器金属小球上的自由电子向远端(金属箔片)移动，金属箔片张角增大。
答案　AC
4.(2021·江西南昌二中高二上月考)如图所示，将带电金属棒移近两个相同且不带电的导体球，两导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列几种方法中不能使两球都带电的是(　　)
A.先把两球分开，再移走金属棒
B.先移走金属棒，再把两球分开
C.先将金属棒接触一下其中的一个球，再把两球分开
D.手摸一下甲球，然后移走金属棒，再把两球分开
解析　先把两球分开，再移走金属棒，两球由于感应起电带上异种电荷.故A错误；先移走金属棒，此时两球中的电荷中和，不再带电，再把两球分开，两球不带电，故B正确；先将金属棒接触一下其中的一个球，再把两球分开，是接触起电，两球带同种电荷，故C错误；手摸一下甲球，然后移走金属棒，手摸甲球时，人体相当于导线，使两球与大地相连，将与金属棒相同电性的电荷导入大地，再把两球分开，两球带同种电荷，故D错误。
答案　B
题组三　电荷守恒定律
5.(2021·湖南常德高二上期中)关于摩擦起电、接触起电、感应起电，下列说法中不正确的是(　　)
A.三种方式的实质是一样的，都是电子的转移
B.三种方式都产生了新电荷
C.三种方式都符合电荷守恒定律
D.摩擦起电、接触起电要求都要接触，而感应起电不要求接触
解析　摩擦起电、接触起电、感应起电是起电的三种不同方式，实质是一样的，都是电子的转移，都符合电荷守恒定律，摩擦起电、接触起电是两个物体之间的电荷转移，两物体需要接触，感应起电时两物体不需要接触，故A、C、D正确；这三种方式都没有产生新电荷，故B错误。
答案　B
6.有A、B、C三个完全相同的金属球，A带1.2×10－4 C的正电荷，B、C不带电，现用相互接触的方法使它们都带电，则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据(　　)
A.6.0×10－5 C，4.0×10－5 C，4.0×10－5 C
B.6.0×10－5 C，4.0×10－5 C，2.0×10－5 C
C.4.5×10－5 C，4.5×10－5 C，3.0×10－5 C
D.5.0×10－5 C，5.0×10－5 C，2.0×10－5 C
解析　6.0×10－5 C＋4.0×10－5 C＋4.0×10－5 C＝1.4×10－4 C＞1.2×10－4 C，电荷量增加，故A错误；由于两个完全相同的金属球，接触后两个小球上的总电荷量均分，假设A与B先接触，接触后电荷量都是 C＝6×10－5 C，然后B(或A)与C接触，接触后的电荷量 C＝3×10－5 C，不可能比3×10－5更小，然后B与A接触，分开后的电荷量 C＝4.5×10－5 C，故B、D错误，C正确。
答案　C
7.(多选)如图用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，由此对摩擦起电的说法正确的是(　　)
A.两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子
B.两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷
C.两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等
D.同一物体与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同
解析　两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小，A错误；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错误，C正确；由题中实验不难看出，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。
答案　CD
8.如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电金属球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的是(　　)
A.沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QB>QA
B.只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB＝QA
C.沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QA
D.沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关
解析　静电感应使得A端带正电，B端带负电。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，使B端有多余的电子而带负电，A端少了电子，因而带正电。A端移去的电子数目和B端多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷总量是相等的，但由于电荷之间的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布不均匀，越靠近B端，负电荷密度越大；越靠近A端，正电荷密度越大，因此从不同位置切开时，QA、QB的值是不同的，D正确。
答案　D
9.有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属球接触。接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子如何转移？转移了多少个电子？
解析　由于QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，根据电荷均分规律，两球接触时带电量相同：
QA′＝QB′＝＝1.6×10－9 C。
两球接触时，自由电子由B向A转移，转移的个数：n＝＝ 个＝3.0×1010 个。
答案　见解析

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