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第1节　静电的产生及其微观解释
学习目标 课标解读
1.知道两种电荷及三种起电方式的本质。 2.掌握电荷守恒定律,并能用该定律和原子结构的知识分析静电现象。 1.了解静电现象及其在生活和生产中的应用。 2.用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。
知识梳理
一、静电的产生
1.两种电荷:自然界中的电荷只有两种——正电荷和负电荷。
2.电荷量:电荷的多少称为电荷量。在国际单位制中,电荷量的单位是库仑,简称库,符号
为C。
3.三种起电方式
(1)摩擦起电。
用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为正电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷规定为负电荷。
(2)接触起电。
将一根用毛皮摩擦而带电的橡胶棒跟验电器的金属球接触,会发现验电器原来闭合的金属箔片张开了,表明接触后的验电器带电了。验电器是检验物体是否带电和估测物体带电多少的仪器。
(3)感应起电。
①静电感应:受附近带电体影响而使导体上的电荷重新分布的现象。
②感应起电:利用静电感应使金属导体带电的方式称为感应起电。
二、产生静电的微观解释
1.物质的微观结构
(2)原子电性:原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多,整个原子对外界较远位置表现为电中性。
2.最小电荷量:一个电子的电荷量与一个质子的电荷量数值相同,约为1.60×10-19 C,是最小的电荷量,又称元电荷。
3.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。
新知检测
1.思考判断
(1)只有导体才能发生感应起电。(　√　)
(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)元电荷实质上是指电子和质子本身。(　×　)
(4)电荷的中和现象实质是正、负电荷的结合过程。(　√　)
(5)在电荷转移和重新分配的过程中,对整个系统而言,电荷是守恒的。(　√　)
2.思维探究
(1)关于电荷,某同学有以下认识:
①电荷量很小的电荷就是元电荷。
②物体所带的电荷量可以是任意的。
你认为他的看法正确吗 请简述你的理由。
(2)用金属做成一个不带电的轻质圆环,放在干燥的绝缘桌面上。用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后,将笔套自上向下慢慢靠近圆环,当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上,如图所示。请你解释一下原因。
【答案】 (1)两种看法均不正确。元电荷是最小的电荷量,电荷量不能连续变化,自然界中带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍。
(2)笔套与头发摩擦后,能够吸引圆环,说明笔套上带了电荷,即摩擦使笔套带电。笔套靠近圆环时,由于静电感应,会使圆环上、下部分感应出异种电荷。由于圆环所受吸引力大于圆环所受的重力,圆环被吸引到笔套上。
要点一　对三种起电方式的理解
情境探究
(1)如图所示,取一对用绝缘柱支持的导体A和B,使它们彼此接触。起初它们不带电,贴在下部的两片金属箔是闭合的。
①把带正电荷的物体C移近导体A,金属箔有什么变化
②这时把A和B分开,然后移去C,金属箔又有什么变化
③再让A和B接触,又会看到什么现象
(2)带正电的物体A与不带电的物体B接触,使物体B带上了什么电荷 在这个过程中电荷是如何转移的
【答案】 (1)①物体C移近导体A,两侧金属箔都张开。
②金属箔张开,但张角变小。
③A、B接触,金属箔都闭合。
(2)物体B带上正电荷;在这个过程中,有电子从物体B转移到物体A,物体B所带电子数减少,因此带正电。
要点归纳
三种起电方式对比
项目 摩擦起电 感应起电 接触起电
现象 两物体带上等量异种电荷 导体两端出现等量异种电荷 导体带上与带电体性质相同的电荷
原因 不同物质原子核对电子的束缚能力不同。束缚能力强的得电子,带负电;束缚能力弱的失电子,带正电 电子在电荷间相互作用下发生转移,近端带异种电荷,远端带同种电荷 在电荷间相互作用下,电子从一个物体转移到另一个物体上
实质 电荷在物体之间或物体内部的转移
说明 无论哪种起电方式,发生转移的都是电子,正电荷不会发生转移
[例1] (双选)如图所示,A、B为两个相互接触的、用绝缘支柱支持的金属导体,起初它们不带电,在它们的下部贴有金属箔片,C是带正电的小球,下列说法正确的是(　　)
A.把C移近导体A时,A、B上的金属箔片都张开
B.把C移近导体A,先把A、B分开,然后移去C,A、B上的金属箔片仍然张开
C.先把C移走,再把A、B分开,A、B上的金属箔片仍然张开
D.先把A、B分开,再把C移走,然后重新让A、B接触,A上的箔片张开,而B上的箔片闭合
【答案】 AB
【解析】 把C移近导体A时,会产生静电感应现象,导体B的右端会感应出正电荷,导体A的左端会感应出负电荷,所以A、B上的金属箔片都张开,且A的左端带负电,B的右端带正电;先把A、B分开,然后移去C,则A仍然带负电,B带正电,金属箔片仍然张开,故A、B正确;先把C移走,A、B感应出来的电荷立刻中和,再把A、B分开后,A、B上的金属箔片不会张开,故C错误;先把A、B分开,再把C移走,此时A、B带等量的异种电荷,然后重新让A、B接触,A与B上的电荷中和,A上的金属箔片闭合,B上的金属箔片也闭合,故D错误。
当带电体靠近导体时,由于电荷间的相互吸引或排斥,会使导体靠近带电体的一端带上异种电荷,远离带电体的一端带上同种电荷。
[针对训练1] 古人发现摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,这种现象称之为摩擦起电。后来,科学家将丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电命名为正电荷,将毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电命名为负电荷,下列说法正确的是(　　)
A.玻璃棒经过与丝绸摩擦带正电,说明正电荷是在摩擦过程中新生成的
B.摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,说明轻小物体一定带异种电荷
C.毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电,因此跟它接触的毛皮也是带负电的
D.不管是摩擦的玻璃棒还是橡胶棒,带电原因都是电子在不同物体之间的转移
【答案】 D
【解析】 玻璃棒经过与丝绸摩擦带正电,说明玻璃棒上的部分电子转移到了丝绸上,正电荷不是在摩擦过程中新生成的,故A错误;摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,轻小物体可能不带电或带异种电荷,故B错误;毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电,毛皮上的电子转移到橡胶棒上,所以毛皮带正电,故C错误;不管是摩擦的玻璃棒还是橡胶棒,带电原因都是电子在不同物体之间的转移,故D正确。
要点二　对电荷守恒定律的理解
情境探究
(1)两带电小球接触后发生了电荷的中和,是电荷消失了吗
(2)正、负电荷总是成对产生或湮没,与电荷守恒定律矛盾吗
【答案】 (1)不是。电荷中和时,电荷并没有消失,只是正、负电荷数值相等,对外不显电性。
(2)正、负电荷总是成对产生或湮没,电荷的代数和保持不变,与电荷守恒定律并不矛盾。
要点归纳
1.物体带电的实质:物体带电不是创造了电荷,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,也就是物体间或物体内部电荷的重新分配。摩擦起电、感应起电和接触起电均符合电荷守恒定律。
2.守恒的广泛性:电荷守恒定律同能量守恒定律一样,是自然界中最基本的规律,任何电现象都不违背电荷守恒定律。
[例2] 完全相同的两金属小球A、B带有相同大小的电荷量,相隔一定的距离,现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
【答案】 (1)2∶3　(2)2∶1
【解析】 (1)设A、B两球带电荷量均为q,则A、C接触后,A、C带电荷量为qA=qC=q,
C再与B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A带正电,B带负电,且所带电荷量大小均为Q,则A、C接触后,A、C带电荷量为qA=qC=Q,C再与B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||==。
两金属球接触后电荷量的分配规律
(1)当两个金属球材料或大小不同时,接触后再分开,只能确定两者均带电,但无法确定电荷量的多少。
(2)若两个完全相同的金属球带电荷量的绝对值分别为q1、q2,则有
①
②
[针对训练2] 原来甲、乙、丙三物体都不带电,今使甲、乙两物体相互摩擦后,乙物体再与丙物体接触,最后甲物体带正电1.6×10-15 C,丙物体带电8×10-16 C,则对于最后乙、丙两物体的带电情况,下列说法正确的是(　　)
A.乙物体一定带有负电荷1.6×10-16 C
B.乙物体可能带有负电荷2.4×10-15 C
C.丙物体一定带有正电荷8×10-16 C
D.丙物体一定带有负电荷8×10-16 C
【答案】 D
【解析】 由题意可知,甲、乙两物体相互摩擦后,甲物体带正电1.6×10-15 C,则乙物体带负电1.6×10-15 C。若乙物体再与丙物体接触,则乙、丙两物体带负电荷,由于丙物体带电8×10-16 C,则乙物体也带电8×10-16 C。故D正确。
模型·方法·结论·拓展
感应起电的判断方法
1.当带电体靠近导体时,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,如图甲所示。
2.导体接地时,该导体与地球可视为一个导体,而且该导体可视为近端导体,带异种电荷,地球就成为远端导体,带同种电荷,如图乙、丙所示。
说明:用手摸一下导体,再移开手指,相当于先把导体接地,然后再与大地断开。
[示例] 如图所示,不带电的导体B在靠近带正电的导体A后,Q端将感应出　　　　电荷。若用导线将Q端接地,然后断开,再取走导体A,则导体B将带　　　　电;若用导线将P端接地,然后断开,再取走导体A,则导体B将带　　　　电。
【答案】 正　负　负
【解析】 当不带电导体B靠近带正电的导体A后,由于静电感应,靠近导体A的P端感应出负电荷,而远离导体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大导体,这时大地变成了这个新导体的远端,而P端仍然是近端,故负电荷仍然留在P端,而Q端原来感应出的正电荷被大地的负电荷中和了,当断开导线再取走导体A后,P端的负电荷就留在导体B上,所以导体B带负电。
科学·技术·社会·环境
生活中的静电现象
　　静电是一种处于静止状态的电荷。在干燥和多风的秋天,在日常生活中,人们常常会碰到这种现象:晚上脱衣服睡觉时,黑暗中常听到噼啪的声响,而且伴有蓝光;见面握手时,手指刚一接触到对方,会突然感到指尖针刺般刺痛;早上起来梳头时,头发会经常“飘”起来,越理越乱;拉门把手、开水龙头时都会“触电”,时常发出“啪、啪”的声响。这些都是发生在人体的静电。
[示例] 东汉时期的哲学家王充在《论衡·乱龙》中记录了“顿牟掇芥”。这个词的意思是经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳(顿牟)能吸引(掇)芥菜籽、干草之类的微小屑末(芥)。下列关于这个现象的解释正确的是(　　)
A.经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳有了磁性
B.经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳带了电
C.经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳与芥菜籽、干草之类的微小屑末带异种电荷
D.经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳与芥菜籽、干草之类的微小屑末带同种电荷
【答案】 B
【解析】 “顿牟掇芥”属于静电现象,是指经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳带了电,能够吸引芥菜籽、干草之类的微小屑末,但被吸引的芥菜籽、干草之类的微小屑末不一定带电,故B正确。
1.(双选)关于摩擦起电现象,下列说法正确的是(　　)
A.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子
B.两种不同材料的不带电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了另一个物体而形成的
D.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显正电
【答案】 BD
【解析】 摩擦起电的实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不相同,因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子,其质子数就会比电子数多,我们说它带正电;若一个物体得到电子,其质子数就会比电子数少,我们说它带负电。使物体带电并不是创造出电荷,故A、C错误,B、D正确。
2.如图所示,用起电机使金属球A带上正电荷,靠近验电器B,则下列说法正确的是(　　)
A.验电器金属箔片不张开,因为球A没有和B接触
B.验电器金属箔片张开,因为整个验电器带上了正电荷
C.验电器金属箔片张开,因为整个验电器带上了负电荷
D.验电器金属箔片张开,因为验电器下部箔片带上了正电荷
【答案】 D
【解析】 金属球A带正电荷,靠近验电器B,B发生了静电感应,根据静电感应的“近异远同”规律,可知验电器B上端的金属球带负电荷,金属箔片带正电荷,金属箔片在电荷斥力作用下张开,即验电器金属箔片张开是由于箔片带上了正电荷,选项D正确。
3.已知电子的电荷量为e=-1.60×10-19 C,A、B两个完全相同的金属小球分别带有电荷量为QA=+3.2×10-9 C、QB=+1.6×10-9 C,让两个小球接触,在接触过程中(　　)
A.球B向球A转移了2.5×109个电子
B.球B向球A转移了5×109个电子
C.球A向球B转移了2.5×109个电子
D.球A向球B转移了5×109个电子
【答案】 B
【解析】 两小球接触过程中,电荷量先中和,后平分,接触后小球的带电荷量为Q==
+2.4×10-9 C,可知球B向球A转移的电子数量为n==5×109个。
课时作业
1.关于起电,下列说法正确的是(　　)
A.不论是摩擦起电还是感应起电,都是因为电子的转移
B.摩擦起电是因为电荷的转移,感应起电是因为电荷的创生
C.接触起电是因为电荷的转移,摩擦起电是因为创生了电荷
D.自然界中的电荷在特定情况下可以不守恒
【答案】 A
【解析】 不论是摩擦起电还是感应起电,都是因为电子的转移,故A正确;摩擦起电是因为电荷的转移,感应起电也是因为电荷的转移,并非是因为电荷的创生,故B错误;接触起电和摩擦起电都是因为电荷的转移,并非是因为创生了电荷,故C错误;自然界中的电荷是守恒的,故D错误。
2.如图所示,挂在绝缘细线下的轻质带电小球,由于电荷的相互作用而靠近或远离,所以(　　)
A.图甲中两球一定带异种电荷
B.图乙中两球一定带同种电荷
C.图甲中两球一定都带电
D.图乙中两球至少有一个带电
【答案】 B
【解析】 题图甲中两小球相互吸引,可能是两小球带异种电荷,也可能是一个小球带电,另一个不带电,故A、C错误;根据同种电荷相互排斥可知,题图乙中两小球都带电,且带同种电荷,故B正确,D错误。
3.教学或生活中会有以下情境:图甲中,用毛巾反复摩擦PVC管和塑料细带,向上抛起细带,并将PVC管置于下方,可见细带在空中飘浮;图乙中,干燥的冬天,带负电的手靠近金属门锁时会被电击。下列说法正确的是(　　)
A.图甲中,PVC管与塑料细带带异种电荷
B.图甲中,毛巾与塑料细带摩擦时创造了电荷
C.图乙中,在靠近门锁但还未被电击过程中,门锁近手端感应出正电荷
D.图乙中,电击过程,门锁上的部分电子转移到手上
【答案】 C
【解析】 题图甲中,PVC管与塑料细带带同种电荷,由于同种电荷相斥而使塑料细带飘浮在空中,选项A错误;题图甲中,毛巾与塑料细带摩擦时产生了电荷,这是电荷的转移,不是创造了电荷,选项B错误;题图乙中,因手带负电,则在靠近门锁但还未被电击过程中,门锁近手端感应出正电荷,选项C正确;题图乙中电击过程,因手带负电,则手上的部分电子转移到门锁上,选项D错误。
4.取一对用绝缘柱支持的导体A和B,使它们彼此接触。起初它们不带电,贴在下部的两片金属箔是闭合的,如图所示。手握绝缘棒,把带正电荷的带电体C移近导体A。下列对实验现象的描述正确的是(　　)
A.带电体C移近导体A后,两边的金属箔都闭合
B.保持C不动,先把导体A和B分开,然后移开C,张开的金属箔都合拢
C.带电体C靠近导体A的过程中,A端箔片张角逐渐变大,B端箔片并拢
D.带电体C靠近导体A的过程中,A、B两端的箔片张角均逐渐变大
【答案】 D
【解析】 把带正电荷的带电体C移近导体A后,根据静电感应的“近异远同”规律可知,A端带负电,B端带正电,两边的金属箔都张开,若保持C不动,先把导体A和B分开,A、B带等量异种电荷,然后移开C,A、B中的电荷不能中和而仍然带电,张开的金属箔不会合拢,故A、B错误;带电体C靠近导体A的过程中,导体内的自由电荷受到力的作用,会使左、右两边聚集更多的异种电荷,则两端箔片张角均增大,故C错误,D正确。
5.(双选)用金属箔做成一个不带电的圆环,放在干燥的绝缘桌面上,某同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后,将笔套自上而下慢慢靠近圆环,当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上,如图所示。对上述现象的判断与分析,下列说法正确的是(　　)
A.摩擦使笔套带电
B.笔套靠近圆环时,圆环上、下部分感应出异种电荷
C.圆环被吸引到笔套的过程中,圆环所受吸引力等于圆环的重力
D.笔套碰到圆环后,笔套所带的电荷立刻被全部中和
【答案】 AB
【解析】 笔套与头发摩擦后,由于摩擦起电使笔套带电,A正确;带电的笔套靠近圆环的时候,圆环发生静电感应,上、下部分感应出等量的异种电荷,B正确;圆环被吸引到笔套的过程中,圆环加速度向上,由牛顿第二定律可知,圆环所受吸引力大于圆环重力,C错误;笔套碰到圆环后,根据接触起电可知,笔套所带的电荷一部分转移到圆环上,没有被全部中和,仍带有部分电荷,D错误。
6.(双选)橡胶板置于绝缘水平桌面上,某同学戴着绝缘手套先用毛皮摩擦橡胶板,使橡胶板带负电,然后手握绝缘手柄将铝板靠近橡胶板,铝板的下表面与橡胶板上凸起的接地铁钉接触,并在其上表面撒上细纸屑,迅速上抬铝板至某一位置后,可以看到细纸屑从铝板上飞溅出来,这就是“静电飞花”实验。下列说法正确的是(　　)
A.铝板未与橡胶板接触,所以始终不带电
B.铝板与铁钉接触时,电子从铝板通过铁钉流向大地
C.铝板与铁钉接触时,铝板下表面带负电荷
D.纸屑是因为带正电相互排斥而不断飞散
【答案】 BD
【解析】 橡胶板带负电,铝板靠近后,根据静电感应现象可知铝板的下表面带正电,上表面带负电,当下表面与接地铁钉接触后,上表面的电子会流向大地,只有下表面带正电,故A、C错误,B正确;上抬铝板过程中,下表面的正电荷减少,上表面的正电荷增加,纸屑因为与铝板带同种电荷(正电荷)而不断飞散,故D正确。
7.现有a、b、c、d四个带电球,已知d带正电,a和c相互排斥,c和d相互吸引,而b和d相互排斥,则(　　)
A.a、c带负电,b带正电
B.a带负电,b、c带正电
C.b带负电,a、c带正电
D.a所带电性不能确定
【答案】 A
【解析】 由于a、b、c、d是四个带电球,d带正电,a、c相互排斥,即a、c带同种电荷,c、d相互吸引,故a、c带负电;同时,由于b和d相互排斥,故b带正电。综上所述,a、c带负电,b带正电。故A正确,B、C、D错误。
8.下列三幅图反映了三种起电的方式,下列说法正确的是(　　)
A.图甲中橡胶棒与毛皮摩擦后,把正电荷传给了毛皮,使橡胶棒带上了负电
B.图乙中无论小球D带正电还是负电,与A接触时都把电荷传给C、C′,使箔片张开
C.图丙中带电小球C靠近原来不带电的导体A、B,先移走小球C,再分开A、B,则A、B带上了等量异种电荷
D.三种起电方式的实质都是电子的转移
【答案】 D
【解析】 橡胶棒与毛皮摩擦后,橡胶棒带负电,是因为电子从毛皮转移到橡胶棒,A错误;若小球D带正电,电子从A和箔片转移到小球D,使箔片带正电,若小球D带负电,电子从小球D转移到箔片,使箔片带负电。两种情况箔片均张开,B错误;小球C靠近导体A、B时,由于静电感应,使A、B带上等量异种电荷。移开小球C后,静电感应消失,A、B带的电荷又中和,即分开后A、B均不带电,C错误;三种起电方式的本质都是电子的转移。不带电的物体因失去电子带正电,得到电子带负电,电子在转移的过程中,电荷的总量保持不变,
D正确。
9.绝缘泡沫板上安装有一绝缘支架,支架一端通过丝线悬吊着一个金属球。现通过接触使金属球带上一定量的负电,然后在小球下方(戴上绝缘手套)不断叠放原本不带电的金属硬币,硬币始终未和小球接触,则下列说法正确的是(　　)
A.丝线上的拉力保持不变
B.丝线上的拉力会不断减小
C.最上方的硬币会带正电
D.用不戴绝缘手套的手触摸硬币,上方硬币所带电荷会消失
【答案】 C
【解析】 根据感应起电原理可知,最上方的硬币会带正电,硬币与小球相互吸引,丝线拉力变大,故A、B错误,C正确;用不戴绝缘手套的手触摸硬币,最上方的硬币始终带正电,故D错误。
10.(双选)某人为研究雷电现象,设计了如图所示的装置,避雷针线路与接地线分开,并在分开处装上帽形的金属钟A与B,两钟之间以丝线悬挂一个金属小球C,A钟下方用导线连接两个很轻的金属小球形成验电器D,避雷针上空附近的云不带电时,三个金属小球均静止下垂。若带负电的云接近避雷针顶端时,则(　　)
A.避雷针顶端带正电
B.接地线上有正电荷流入大地
C.验电器D上的两个金属小球最后会下垂并相互接触
D.金属小球C会在A与B之间摆动,不断来回撞击A与B
【答案】 AD
【解析】 根据异种电荷相互吸引、同种电荷相互排斥,可知若带负电的云接近避雷针顶端时,避雷针顶端带正电,故A正确;金属内的正电荷不会移动,故B错误;由A选项分析可知,验电器D下端带负电,小球C在验电器D下端的吸引下撞击A,然后和A带同种电荷,相互排斥,然后和B接触,此时电子通过B导入大地,然后C不带电,如此反复,验电器下端两小球始终带负电,所以两小球相互排斥,故C错误,D正确。
11.有三个相同的绝缘金属小球A、B、C,其中小球A带有2.0×10-5 C的正电荷,小球B、C不带电。现在让小球C先和小球A接触后分开,再让小球B与小球A接触后分开,最后让小球B与小球C接触后分开,最终三个小球带的电荷量分别为QA=　　　　 　 　C,
QB=　　　　　　C,QC=　　　　　　C。
【答案】 5.0×10-6　7.5×10-6　7.5×10-6
【解析】 当小球C和小球A接触后,小球A、C带电荷量均为 Q1== C=
1.0×10-5 C,再让小球B与小球A接触,此时小球A、B带电荷量均为Q2== C=
5.0×10-6 C,最后让小球B与小球C接触,此时小球B、C带电荷量均为Q3==
C=7.5×10-6 C;所以最终A、B、C三个小球带的电荷量分别为5.0×10-6 C、7.5×10-6 C、7.5×10-6 C。
12.多少个电子的电荷量等于-3.2×10-5 C 天气干燥时一个人脱了鞋在地毯上走,身上聚集了-4.8×10-5 C的电荷。此人身上有多少个剩余电子 他的质量增加了多少 (电子质量me=9.1×10-31 kg,电子电荷量大小e=1.6×10-19 C)
【答案】 2×1014个　3×1014个　2.73×10-16 kg
【解析】 每个电子电荷量大小e=1.6×10-19 C,
则-3.2×10-5 C的电荷量的电子数为n==2×1014个;
天气干燥时一个人脱了鞋在地毯上走,身上聚集了-4.8×10-5 C的电荷,
此人身上剩余电子数为n′==3×1014个;
电子质量me=9.1×10-31 kg,
所以他的质量增加了m=3×1014×9.1×10-31 kg=2.73×10-16 kg。(共41张PPT)
第1节　静电的产生及其微观解释
第1章　静电力与电场强度
学习目标 课标解读
1.知道两种电荷及三种起电方式的本质。 2.掌握电荷守恒定律,并能用该定律和原子结构的知识分析静电现象。 1.了解静电现象及其在生活和生产中的应用。
2.用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象。
探究·必备知识
「知识梳理」
一、静电的产生
1.两种电荷:自然界中的电荷只有 种——正电荷和负电荷。
2.电荷量:电荷的多少称为电荷量。在国际单位制中,电荷量的单位是 ,简称 ,符号为 。
3.三种起电方式
(1)摩擦起电。
用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为 ,用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷规定为 。
两
库仑
库
C
正电荷
负电荷
(2)接触起电。
将一根用毛皮摩擦而带电的橡胶棒跟验电器的金属球接触,会发现验电器原来闭合的金属箔片张开了,表明接触后的验电器带电了。验电器是 物体是否带电和 物体带电多少的仪器。
(3)感应起电。
①静电感应:受附近带电体影响而使导体上的电荷 的现象。
②感应起电:利用 使金属导体带电的方式称为感应起电。
检验
估测
重新分布
静电感应
二、产生静电的微观解释
1.物质的微观结构
(2)原子电性:原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量 ,整个原子对外界较远位置表现为 。
正电
负电
一样多
电中性
2.最小电荷量:一个电子的电荷量与一个质子的电荷量数值相同,约为
,是最小的电荷量,又称元电荷。
3.电荷守恒定律
电荷既不能被 ,也不能被 ,只能从物体的一部分 到另一部分,或者从一个物体 到另一个物体。在转移的过程中,电荷的 不变。
1.60×10-19 C
创造
消灭
转移
转移
总量
「新知检测」
1.思考判断
(1)只有导体才能发生感应起电。(　 　)
(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)元电荷实质上是指电子和质子本身。(　 　)
(4)电荷的中和现象实质是正、负电荷的结合过程。(　 　)
(5)在电荷转移和重新分配的过程中,对整个系统而言,电荷是守恒的。
(　 　)
√
√
×
√
√
2.思维探究
(1)关于电荷,某同学有以下认识:
①电荷量很小的电荷就是元电荷。
②物体所带的电荷量可以是任意的。
你认为他的看法正确吗 请简述你的理由。
【答案】 (1)两种看法均不正确。元电荷是最小的电荷量,电荷量不能连续变化,自然界中带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍。
(2)用金属做成一个不带电的轻质圆环,放在干燥的绝缘桌面上。用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后,将笔套自上向下慢慢靠近圆环,当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上,如图所示。请你解释一下原因。
【答案】 (2)笔套与头发摩擦后,能够吸引圆环,说明笔套上带了电荷,即摩擦使笔套带电。笔套靠近圆环时,由于静电感应,会使圆环上、下部分感应出异种电荷。由于圆环所受吸引力大于圆环所受的重力,圆环被吸引到笔套上。
突破·关键能力
要点一　对三种起电方式的理解
「情境探究」
(1)如图所示,取一对用绝缘柱支持的导体A和B,使它们彼此接触。起初它们不带电,贴在下部的两片金属箔是闭合的。
【答案】 (1)①物体C移近导体A,两侧金属箔都张开。
①把带正电荷的物体C移近导体A,金属箔有什么变化
②这时把A和B分开,然后移去C,金属箔又有什么变化
【答案】 ②金属箔张开,但张角变小。
③再让A和B接触,又会看到什么现象
【答案】 ③A、B接触,金属箔都闭合。
(2)带正电的物体A与不带电的物体B接触,使物体B带上了什么电荷 在这个过程中电荷是如何转移的
【答案】 (2)物体B带上正电荷;在这个过程中,有电子从物体B转移到物体A,物体B所带电子数减少,因此带正电。
三种起电方式对比
「要点归纳」
项目 摩擦起电 感应起电 接触起电
现象 两物体带上等量异种电荷 导体两端出现等量异种电荷 导体带上与带电体性质相同的电荷
原因 不同物质原子核对电子的束缚能力不同。束缚能力强的得电子,带负电;束缚能力弱的失电子,带正电 电子在电荷间相互作用下发生转移,近端带异种电荷,远端带同种电荷 在电荷间相互作用下,电子从一个物体转移到另一个物体上
实质 电荷在物体之间或物体内部的转移
说明 无论哪种起电方式,发生转移的都是电子,正电荷不会发生转移
[例1] (双选)如图所示,A、B为两个相互接触的、用绝缘支柱支持的金属导体,起初它们不带电,在它们的下部贴有金属箔片,C是带正电的小球,下列说法正确的是( 　　)
A.把C移近导体A时,A、B上的金属箔片都张开
B.把C移近导体A,先把A、B分开,然后移去C,A、B上的金属箔片仍然张开
C.先把C移走,再把A、B分开,A、B上的金属箔片仍然张开
D.先把A、B分开,再把C移走,然后重新让A、B接触,A上的箔片张开,而B上的箔片闭合
AB
【解析】 把C移近导体A时,会产生静电感应现象,导体B的右端会感应出正电荷,导体A的左端会感应出负电荷,所以A、B上的金属箔片都张开,且A的左端带负电,B的右端带正电;先把A、B分开,然后移去C,则A仍然带负电,B带正电,金属箔片仍然张开,故A、B正确;先把C移走,A、B感应出来的电荷立刻中和,再把A、B分开后,A、B上的金属箔片不会张开,故C错误;先把A、B分开,再把C移走,此时A、B带等量的异种电荷,然后重新让A、B接触,A与B上的电荷中和,A上的金属箔片闭合,B上的金属箔片也闭合,故D错误。
当带电体靠近导体时,由于电荷间的相互吸引或排斥,会使导体靠近带电体的一端带上异种电荷,远离带电体的一端带上同种电荷。
·名师点拨·
[针对训练1] 古人发现摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,这种现象称之为摩擦起电。后来,科学家将丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电命名为正电荷,将毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电命名为负电荷,下列说法正确的是(　　)
A.玻璃棒经过与丝绸摩擦带正电,说明正电荷是在摩擦过程中新生成的
B.摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,说明轻小物体一定带异种电荷
C.毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电,因此跟它接触的毛皮也是带负电的
D.不管是摩擦的玻璃棒还是橡胶棒,带电原因都是电子在不同物体之间的转移
D
【解析】 玻璃棒经过与丝绸摩擦带正电,说明玻璃棒上的部分电子转移到了丝绸上,正电荷不是在摩擦过程中新生成的,故A错误;摩擦过的琥珀能吸引轻小物体,轻小物体可能不带电或带异种电荷,故B错误;毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电,毛皮上的电子转移到橡胶棒上,所以毛皮带正电,故C错误;不管是摩擦的玻璃棒还是橡胶棒,带电原因都是电子在不同物体之间的转移,故D正确。
要点二　对电荷守恒定律的理解
「情境探究」
(1)两带电小球接触后发生了电荷的中和,是电荷消失了吗
【答案】 (1)不是。电荷中和时,电荷并没有消失,只是正、负电荷数值相等,对外不显电性。
(2)正、负电荷总是成对产生或湮没,与电荷守恒定律矛盾吗
【答案】 (2)正、负电荷总是成对产生或湮没,电荷的代数和保持不变,与电荷守恒定律并不矛盾。
「要点归纳」
1.物体带电的实质:物体带电不是创造了电荷,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,也就是物体间或物体内部电荷的重新分配。摩擦起电、感应起电和接触起电均符合电荷守恒定律。
2.守恒的广泛性:电荷守恒定律同能量守恒定律一样,是自然界中最基本的规律,任何电现象都不违背电荷守恒定律。
[例2] 完全相同的两金属小球A、B带有相同大小的电荷量,相隔一定的距离,现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
【答案】 (1)2∶3
(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
【答案】 (2)2∶1
两金属球接触后电荷量的分配规律
(1)当两个金属球材料或大小不同时,接触后再分开,只能确定两者均带电,但无法确定电荷量的多少。
(2)若两个完全相同的金属球带电荷量的绝对值分别为q1、q2,则有
·名师点拨·
①
带同种
电荷

金属球
相接触

总电荷
量平分

均带电荷量
②
带异种
电荷

金属球
相接触

先中和
再平分

均带电荷量
[针对训练2] 原来甲、乙、丙三物体都不带电,今使甲、乙两物体相互摩擦后,乙物体再与丙物体接触,最后甲物体带正电1.6×10-15 C,丙物体带电8×10-16 C,则对于最后乙、丙两物体的带电情况,下列说法正确的是(　　)
A.乙物体一定带有负电荷1.6×10-16 C
B.乙物体可能带有负电荷2.4×10-15 C
C.丙物体一定带有正电荷8×10-16 C
D.丙物体一定带有负电荷8×10-16 C
D
【解析】 由题意可知,甲、乙两物体相互摩擦后,甲物体带正电1.6×10-15 C,则乙物体带负电1.6×10-15 C。若乙物体再与丙物体接触,则乙、丙两物体带负电荷,由于丙物体带电8×10-16 C,则乙物体也带电8×10-16 C。故D正确。
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
感应起电的判断方法
1.当带电体靠近导体时,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,如图甲所示。
2.导体接地时,该导体与地球可视为一个导体,而且该导体可视为近端导体,带异种电荷,地球就成为远端导体,带同种电荷,如图乙、丙所示。
说明:用手摸一下导体,再移开手指,相当于先把导体接地,然后再与大地断开。
[示例] 如图所示,不带电的导体B在靠近带正电的导体A后,Q端将感应出
　　　　电荷。若用导线将Q端接地,然后断开,再取走导体A,则导体B将带　　　　电;若用导线将P端接地,然后断开,再取走导体A,则导体B将带
　　　　电。
正　
负　
负
【解析】 当不带电导体B靠近带正电的导体A后,由于静电感应,靠近导体A的P端感应出负电荷,而远离导体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大导体,这时大地变成了这个新导体的远端,而P端仍然是近端,故负电荷仍然留在P端,而Q端原来感应出的正电荷被大地的负电荷中和了,当断开导线再取走导体A后,P端的负电荷就留在导体B上,所以导体B带负电。
「科学·技术·社会·环境」
生活中的静电现象
静电是一种处于静止状态的电荷。在干燥和多风的秋天,在日常生活中,人们常常会碰到这种现象:晚上脱衣服睡觉时,黑暗中常听到噼啪的声响,而且伴有蓝光;见面握手时,手指刚一接触到对方,会突然感到指尖针刺般刺痛;早上起来梳头时,头发会经常“飘”起来,越理越乱;拉门把手、开水龙头时都会“触电”,时常发出“啪、啪”的声响。这些都是发生在人体的静电。
[示例] 东汉时期的哲学家王充在《论衡·乱龙》中记录了“顿牟掇芥”。这个词的意思是经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳(顿牟)能吸引(掇)芥菜籽、干草之类的微小屑末(芥)。下列关于这个现象的解释正确的是(　　)
A.经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳有了磁性
B.经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳带了电
C.经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳与芥菜籽、干草之类的微小屑末带异种电荷
D.经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳与芥菜籽、干草之类的微小屑末带同种电荷
B
【解析】 “顿牟掇芥”属于静电现象,是指经过摩擦的琥珀或玳瑁的甲壳带了电,能够吸引芥菜籽、干草之类的微小屑末,但被吸引的芥菜籽、干草之类的微小屑末不一定带电,故B正确。
检测·学习效果
1.(双选)关于摩擦起电现象,下列说法正确的是( 　　)
A.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子
B.两种不同材料的不带电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了另一个物体而形成的
D.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显正电
BD
【解析】 摩擦起电的实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不相同,因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子,其质子数就会比电子数多,我们说它带正电;若一个物体得到电子,其质子数就会比电子数少,我们说它带负电。使物体带电并不是创造出电荷,故A、C错误,B、D正确。
2.如图所示,用起电机使金属球A带上正电荷,靠近验电器B,则下列说法正确的是(　　)
A.验电器金属箔片不张开,因为球A没有和B接触
B.验电器金属箔片张开,因为整个验电器带上了正电荷
C.验电器金属箔片张开,因为整个验电器带上了负电荷
D.验电器金属箔片张开,因为验电器下部箔片带上了正电荷
D
【解析】 金属球A带正电荷,靠近验电器B,B发生了静电感应,根据静电感应的“近异远同”规律,可知验电器B上端的金属球带负电荷,金属箔片带正电荷,金属箔片在电荷斥力作用下张开,即验电器金属箔片张开是由于箔片带上了正电荷,选项D正确。
3.已知电子的电荷量为e=-1.60×10-19 C,A、B两个完全相同的金属小球分别带有电荷量为QA=+3.2×10-9 C、QB=+1.6×10-9 C,让两个小球接触,在接触过程中(　　)
A.球B向球A转移了2.5×109个电子
B.球B向球A转移了5×109个电子
C.球A向球B转移了2.5×109个电子
D.球A向球B转移了5×109个电子
B
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