高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 静电的产生及其微观解释导学案及答案

第1节　静电的产生及其微观解释

学习目标：1.[物理观念]知道两种电荷、电荷量的概念及其单位，知道三种起电方式及电荷守恒定律，能解释简单的静电现象。2.[科学思维]掌握三种起电的实质，理解电荷守恒定律，能用原子结构模型和电荷守恒定律分析静电现象解决简单的问题。3.[科学探究]会做探究感应起电的实验，会分析静电感应现象。4.[科学态度与责任]通过对三种起电方式的学习和对电荷守恒定律的理解，养成观察、比较、归纳分析的良好的科学态度。

一、静电的产生

1．三种起电方式(如图所示)

(1)摩擦起电。(2)接触起电。(3)感应起电。

2．电荷的性质

(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电；用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。

(2)同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

3．静电感应：导体因受到附近带电体的影响而使其所带的电荷重新分布的现象。

说明：三种起电的实质都是电子的转移。

二、静电产生的微观解释

1．原子结构：物质由分子、原子等微粒组成。原子由带正电的原子核和带负电的电子组成。原子核由呈电中性的中子和带正电的质子组成。原子的电子数与质子数相等，呈电中性。

2．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。

3．物体带电

(1)实质：电荷发生转移，电荷总量保持不变。

(2)结果：失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。

注意：“电荷的中和”是指电荷的种类和数量达到异号、等量，这时正、负电荷的代数和为0。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)电荷间的相互作用规律是同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

  (√)

(2)一导体靠近带正电的物体，其靠近端带负电。 (√)

(3)带电体靠近导体，导体感应起电，拿走带电体，导体仍然带电。 (×)

(4)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．使物体带电的方式有三种：摩擦起电、接触起电和感应起电。下列关于使物体带电的方式的论述中，正确的是(　　)

A．用毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮和橡胶棒都带上了负电荷

B．用丝绸摩擦玻璃棒时，丝绸上的电子因摩擦而转移到了玻璃棒上

C．摩擦起电和感应起电都是两个或几个物体接触时发生的

D．接触起电和感应起电都是电荷的转移而非电荷的创造

D　[用毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮上的电子因摩擦而转移到了橡胶棒上，可见毛皮失去电子带上了正电荷，橡胶棒得到电子带上了负电荷，A错误；用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒上的电子因摩擦而转移到了丝绸上，B错误；摩擦起电和接触起电都是两个或几个物体接触时发生的，C错误；电荷不是凭空产生的，接触起电和感应起电都是电荷的转移而非电荷的创造，D正确。]

3．如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是(　　)

甲　　　　乙　　　　丙　　　　丁

A．摩擦起电　　 B．感应起电

C．接触起电    D．以上三种方式都不是

B　[绝缘板带正电荷，将导电平板靠近带正电的绝缘板，因静电感应，导电平板靠近绝缘板的一侧带负电荷，另一侧的正电荷因接地而被中和；断开导电平板的接地线，将导电平板与绝缘板分开，导电平板上便带上了负电荷，所以其起电原理是感应起电，B正确。]

1．三种起电方式的比较

2.三种起电方式的本质

三种起电方式都不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，或者从物体的一部分转移到了另一部分，它们的本质都是电荷的转移，电荷总量保持不变。

【例1】　如图所示，A、B是两个带有绝缘支架的金属球，它们原来均不带电，并彼此接触。现使带负电的橡胶棒C靠近A(C与A不接触)，然后先将A、B分开，再将C移走。关于A、B的带电情况，下列判断正确的是(　　)

A．A带正电，B带负电 B．A带负电，B带正电

C．A、B均不带电 D．A、B均带负电

思路点拨：(1)“带负电的橡胶棒C靠近A”发生的应是感应起电现象。(2)“先将A、B分开，再移走C”，A、B将带等量异种电荷。

A　[带负电的橡胶棒C靠近A，金属球A和B由于感应起电带上异种电荷，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以此时A带正电，B带负电，先将金属球A和B分开，再移走C，则A和B的电荷不能中和，最终A带正电，B带负电，选项A正确。]

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。

甲　　　　　　乙　　　　　丙

1．(多选)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．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　[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而发生电子得失。若一个物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带上了正电；若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带上了负电。使物体带电并不是创造出电荷，B、D正确。]

2．如图所示，用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电的验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒，这时验电器小球a和金箔b的带电情况是(　　)

A．a带正电，b带负电

B．a带负电，b带正电

C．a、b均带正电

D．a、b均带负电

C　[毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷，靠近不带电的验电器的小球时，发生静电感应，从而使小球a端感应出了正电荷，b端感应了负电荷。当用手接触金属杆时，导走了负电荷，拿掉橡胶棒后，正电荷不再被橡胶棒的负电荷吸引，分布到小球和金属杆及验电器的金属箔片上，所以C正确。]

1．“中性”与“中和”的理解

(1)中性：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。

(2)中和：两个带有等量异种电荷的带电体相接触达到电中性的过程。

2．电荷守恒定律的两种描述

(1)表述一：电荷既不会被创造，也不会被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。

(2)表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。

3．对电荷守恒定律的理解

(1)电荷守恒定律是自然界重要的基本定律之一。

(2)“总量”的含义，指电荷的代数和。

(3)两个物体之间或物体的两部分之间能够转移的是自由电荷。

(4)起电过程的实质是物体中正、负电荷的分离和转移。

(5)电荷中和的实质是正、负电荷的结合。

(6)在分离、转移、结合等过程中，电荷的总量保持不变。

4．两金属导体接触后电荷量的分配规律

(1)当两个导体材料、形状不同时，接触后再分开，只能使两者均带电，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大小分别为q1、q2，则有

①⇒⇒⇒

②⇒⇒⇒

【例2】　有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属小球接触。在接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子发生了怎样的转移，转移了多少电荷量？

思路点拨：(1)A、B两小球带异种电荷，接触后要先中和后平分。

(2)电子在转移过程中电荷总量保持不变。

[解析]　接触后两小球带电荷量QA′＝QB′＝＝ C＝1.6×10－9 C，在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带QB′的正电荷。这样，共转移的电子电荷量为：

ΔQ＝QB－QB′＝(－3.2×10－9－1.6×10－9) C＝－4.8×10－9 C。

[答案]　均为1.6×10－9 C　电子由B球转移到了A球，转移了4.8×10－9 C电荷量

用电荷量分配原则解题时的注意事项

(1)电荷均分的前提条件是两导体完全相同。

(2)不同的导体接触后再分开，每个导体上所带电荷量不满足平均分配规律，所带电荷量与导体大小、形状有关。

3．(多选)把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥。则A、B两球原来的带电情况可能是(　　)

A．带有等量异种电荷

B．带有不等量异种电荷

C．带有等量同种电荷

D．一个带电，另一个不带电

BCD　[两个完全相同的金属球若带有等量的异种电荷，接触后将均不带电，若带不等量异种电荷，或带同种电荷，或一个带电，另一个不带电，接触后均带同种电荷，两球间存在相互排斥力，故B、C、D均正确，A错误。]

1．如图所示，在用丝绸摩擦玻璃棒起电的过程中(　　)

A．通过摩擦创造了电荷

B．丝绸得到电子带负电

C．玻璃棒得到电子带正电

D．玻璃棒带正电，丝绸不带电

B　[用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，其原因是玻璃棒的原子核束缚电子的能力较弱，使一部分电子从玻璃棒上转移到丝绸上，丝绸得到电子带负电，玻璃棒因失去电子而带正电。选项B正确。]

2．(多选)一带负电的绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带的负电荷几乎不存在了。这说明(　　)

A．小球上原有的负电荷彻底消失了

B．在此现象中，电荷不守恒

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．该现象是由电子转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律

CD　[绝缘金属小球上的负电荷减少是由于电子通过潮湿的空气转移到外界，但是这些电子并没有消失，对小球和整个外界组成的系统而言，其电荷的总量仍保持不变，仍遵循电荷守恒定律，故A、B错误，C、D正确。]

3．如图所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则(　　)

A．验电器的金属箔片不张开，因为球A没有和B接触

B．验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电

C．验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电

D．验电器的金属箔片张开，因为验电器下部的两金属箔片都带上了正电

D　[带正电的A球靠近验电器B，据电荷“同性斥、异性吸”的特点知，验电器金属杆下端金属箔片中的电子会被A球上的正电荷吸引到验电器上端，则金属杆下端的金属箔片就会因带正电荷而相斥，使箔片张开，故D正确。]

4．(多选)悬挂在绝缘细线下的两轻质通草球，由于相互作用，或靠近，如图甲所示；或远离，如图乙所示，则(　　)

A．甲图中两球一定带异种电荷

B．乙图中两球一定带同种电荷

C．甲图中两球至少有一个带电

D．乙图中只有一个球带电

BC　[题图甲中两球相互吸引，两球可能带异种电荷，也可能一个球带电，另一个球不带电，所以选项C正确，A错误；题图乙中两球相互排斥，两球一定带同种电荷，故选项B正确，D错误。]

5．干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走，身上聚集了－4.8×10－5C的电荷。

若电子质量me＝9.1×10－31kg，电子电荷量e＝－1.6×10－19C。则：

(1)多少个电子的电荷量等于－3.2×10－5C?

(2)此人身上有多少个剩余电子？

(3)他的质量增加了多少？

[解析]　(1)每个电子电荷量为e＝－1.6×10－19C，

则－3.2×10－5C的电荷量需要的电子为

n＝＝2×1014个。

(2)此人身上有电子数为

n′＝＝3×1014个。

(3)电子质量me＝9.1×10－31kg，

所以他的质量增加m＝3×1014×9.1×10－31kg＝2.73×10－16kg。

[答案]　(1)2×1014个　(2)3×1014个　(3)2.73×10－16kg