高中物理第1节 静电的产生及其微观解释导学案

第1节   静电的产生及其微观解释

1. 知道使物体带电的几种方式，理解电荷守恒定律的内容

2．通过实验，观察并会运用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。

知识点一    静电的产生

[看图思考]

俯视逆时针转动　　　　俯视顺时针转动

观察上图现象你可以得出什么结论？

观察上图现象，思考电荷是如何移动的？

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。

[思考判断]

(1)摩擦起电是创造电荷的过程。(    )

(2)接触起电是电荷转移的过程。(    )

(3)玻璃棒无论和什么物体摩擦都会带正电。(    )

知识点二　产生静电的微观解释

[看图思考]

丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒失去了电子，带正电；丝绸得到了电子，带负电；从整体上看，两物体摩擦过程中电荷守恒吗？

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，导体中的自由电荷从导体的一部分转移到了另一部分。

[思考判断]

(1)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电荷。(    )

(2)不带电的物体一定没有电荷。(   )

(3)带等量异种电荷的两个导体接触后，电荷会消失，这种现象叫电荷的湮没。(    )

(4)感应起电过程仍符合电荷守恒定律。(    )

知识三  验电器的构造、原理及用途

1.构造

2.原理

金属箔片带同种电荷后，由于同种电荷相互排斥而张开。

3.应用

(1)检验物体是否带电。

(2)物体带电的种类。

摩擦起电适用于绝缘体，接触起电和感应起电适用于导体。

物体带电的实质是电荷发生了转移，或物体间电荷的重新分配。

一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。

金属结构

中性是指物体内有电荷存在，但正负电荷的绝对值相等，对外不显电性。

核心探究1：三种起电方式的理解

[观察探究]

(1)用与丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的小球，会观察到什么现象？为什么。

(2)观察下述操作过程，会观察到什么现象？为什么。

[探究归纳]

三种起电方式的比较

核心探究2： 产生静电的微观解释

[观察探究]

甲、乙两同学各拿一带电小球做实验时不小心两小球接触了一下，结果两小球都没电了！电荷到哪里去了呢？是否违背了电荷守恒定律？

[探究归纳]

1.对电荷守恒定律的理解

电荷守恒定律是自然界最基本的规律之一，任何电现象都遵守电荷守恒定律。

实例：一个高能光子可以产生一对正、负电子，一对正、负电子可同时湮没，转化为光子。带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变。

2.三种带电的微观解释

3.接触起电现象中电荷量的分配(两个完全相同的金属球)

带同种电荷(Q1和Q2)接触后平分原来的所带电荷的总和，即Q1′＝Q2′＝。

带异种电荷(Q1和－Q2)接触后先中和后平分，即Q1′＝Q2′＝。

带等量异种电荷的两个物体接触时，经过电荷的转移，物体达到电中性。

[例1] (多选)关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是(　　)

A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造出电荷

B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体

C.感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分

D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体

[例2] (多选)如图所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列方法中能使两球都带电的是(　　)

A.先把两球分开，再移走棒

B.先移走棒，再把两球分开

C.使棒与甲球瞬时接触，再移走棒

D.先使乙球瞬时接地，再移走棒

[例3] 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。在接触后，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？

1.(多选)如图所示，有一带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则(　　)

A.金属球A可能不带电

B.金属球A一定带正电

C.金属球A可能带负电

D.金属球A一定带负电

2. 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克带的电荷量为e，d夸克带的电荷量为－e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是(　　)

A.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成

C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成

3.人站在绝缘板上，手扶着起电机，头发竖起来，则头发带电的方式属于(　　)

A.摩擦起电

B.接触起电

C.感应起电

D.以上方式都不属于

4. 如图所示，不带电的导体B在靠近带正电的导体A后，P端和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

5.两个相同的金属小球M、N，带电荷量分别为－4q和＋2q。两球接触后分开，M、N所带的电荷量分别为(　　)

A.＋3q，－3q  B.－2q，＋4q

C.＋2q，－4q  D.－q，－q

6 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？

参考答案

知识点一

[思考判断]

(1) ( × )  (2)  ( √ )(3) (  ×  )

知识点二

[思考判断]

(1) (  ×  )    (2) ( ×  ) (3) (  ×  )(4) (  √   )

核心探究1

(1) 答案　金属箔片张开。当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开。

(2) 答案　C在远处，金属箔片不张开，C移近后金属箔片张开，枕形导体分开，金属箔片仍张开，移走C，金属箔片张开。因为同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

核心探究2答案　两球都没电了，说明原来的两球带等量异种电荷，两球接触时，正、负电荷中和了，不违背电荷守恒定律。

[例1]解析　摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移，失去电子的带正电，得到电子的带负电，此过程并非创造了电荷，而是总电荷量守恒，A错误，B正确；感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，是电荷在同一导体内部发生了转移，C正确，D错误。

答案　BC

 [例2]解析　由于静电感应，甲球感应出正电荷，乙球感应出负电荷，把两球分开后，它们带上了等量异种电荷，所以A正确；若先将棒移走，则两球不会有静电感应现象产生，所以不会带上电荷，B错误；使棒与甲球接触，则两球会因接触而带上负电荷，所以C正确；若使乙球瞬时接地，则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走，再将棒移走，由于甲、乙是接触的，所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上，结果是两球都带上了正电荷，所以D正确。

答案　ACD

[例3]解析　由于QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，根据电荷均分规律，两球接触时带电荷量相同，则QA′＝QB′＝＝1.6×10－9 C。两球接触时，自由电子由B向A转移，转移电子的个数n＝＝＝3.0×1010(个)

答案　均为1.6×10－9 C　自由电子由B向A转移  3.0×1010个

1.解析　验电器的金属箔片之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小决定于两金属箔片带电荷量的多少。如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金属箔片上的正电荷“上移”，从而使两金属箔片张角减小，选项C正确，B错误；如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象使A球靠近B球的一面出现负的感应电荷，而远离B球的一面出现正的感应电荷。A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，由于负电荷离验电器较近而表现为吸引作用，从而使金属箔片张角减小，选项A正确，D错误。

答案　AC

2.解析　质子H带电荷量为2×e＋＝e，中子n带电荷量为e＋2×＝0，可见B正确。

答案　B

3.解析　通过接触的方式使人与起电机带同种电荷，同种电荷相互排斥，所以人的头发才会竖起来，B正确。

答案　B

4.解析　导体B靠近带正电的导体A后，由于静电感应，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。接地后，导体B与大地成为一个新的导体，无论哪一端接地，大地都是这个新导体的远端，而P端仍然是近端，故负电荷仍然在P端，而Q端原来感应出的正电荷被从大地流来的负电荷中和了，断开导线，取走A后，P端的负电荷就留在导体B上，所以导体B带负电，故选A。

答案　A

5.解析　两个相同的金属小球接触，电荷先中和后均分，则有QM′＝QN′＝＝＝－q，选项D正确。

答案　D

6.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