第1章 第1节 静电的产生及其微观解释-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第三册 【步步高】学习笔记（鲁科版）

第1节　静电的产生及其微观解释 [学习目标]　1.知道自然界只存在正、负两种电荷；知道同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；知道电荷量的概念及其国际单位。2.经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质(难点)。3.理解电荷守恒定律(重点)。 一、静电的产生 将梳过头发的塑料梳立刻靠近细小纸屑，纸屑会被吸起(如图)。雷雨天，你能看到撕裂长空的闪电，听到震耳欲聋的雷声。这些都是静电现象。那么，产生静电的常见方式有哪几种？ 答案　摩擦起电、接触起电、感应起电 1．电荷 (1)分类：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为正电荷；毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷规定为负电荷。 (2)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。 (3)电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 2．三种起电方式 (1)摩擦起电、接触起电、感应起电是常见的三种起电方式。 (2)感应起电 一个带电体靠近导体时，受附近带电体的影响而使导体上电荷重新分布的现象称为静电感应。利用静电感应使金属导体带电的方式称为感应起电。 例1　(2022·福建龙岩市高一期末)将一束塑料包扎带一端打结，另一端撕成细条后，用手迅速捋细条，观察到细条散开了，如图所示。下列关于细条散开现象的分析中，正确的是(　　) A．撕成细条后，由于所受重力减小，细条自然松散 B．撕成细条后，由于空气浮力作用，细条散开 C．用手迅速捋细条时，由于感应起电，细条带同种电荷，相互排斥散开 D．用手迅速捋细条时，由于摩擦起电，细条带同种电荷，相互排斥散开 答案　D 解析　用手迅速捋塑料细条，手与塑料细条摩擦起电，细条带同种电荷，相互排斥，所以细条散开，故A、B、C错误，D正确。 例2　(多选)(2023·福建漳州市高二期末)小明同学在空气干燥的教室里进行一个小实验，将一塑料扁带撕成细丝后，一端打结，做成“章鱼”的造型，用毛巾顺着细丝向下捋几下，同样用毛巾来回摩擦PVC(塑料)管。将“章鱼”抛向空中，然后把PVC管从下方靠近它，直到“章鱼”处于悬停状态，则(　　) A．PVC管带电方式属于感应起电 B．PVC管带电方式属于摩擦起电 C．塑料扁带丝由于带上同种电荷会向四周散开 D．用毛巾摩擦后，“章鱼”与PVC管带异种电荷 答案　BC 解析　PVC管带电方式属于摩擦起电，A错误，B正确；塑料扁带丝由于带上同种电荷相互排斥而会向四周散开，C正确；用毛巾摩擦后，“章鱼”与PVC管带同种电荷，D错误。 二、产生静电的微观解释 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。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，原子的电子数与质子数相等，因此物体不显电性。但当物体受到外界影响，电子发生转移时，物体就会显电性。 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：两个由不同物质组成的物体相互摩擦时，由于不同物质原子核对电子的束缚能力不同，部分电子挣脱了原子核的束缚，从一个物体转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律，从整体上看，一个物体失去了电子带正电，另一个物体就得到电子带等量负电。 3．感应起电的实质：在附近带电体所带电荷的作用下，由于电荷间的相互作用，导体中的自由电子从导体的一部分转移到了另一部分。 如图所示，在课本“实验与探究”中，当带负电的橡胶棒靠近验电器的金属球时，验电器的金属箔片张开，保持橡胶棒的位置不动，用手接触验电器的金属球，观察到金属箔片闭合。 (1)解释用手接触验电器的金属球，金属箔片闭合的原因； (2)接着把手移开，使金属球与大地断开，再把橡胶棒移开，观察到金属箔片相互排斥又张开了。试解释原因； (3)先把橡胶棒移开，再把手移开，金属箔片是否会张开？ 答案　(1)当橡胶棒靠近时，由于电荷间的相互作用力，金属箔片带负电，金属球带正电，箔片张开。当用手接触金属球时，金属箔片上的自由电子通过人体转移到了大地上，故金属箔片不带电，不再张开。 (2)先把手移开，再把橡胶棒移开，金属球所带正电荷失去了橡胶棒负电荷的束缚而重新分布，此时金属球和箔片均带正电，故箔片张开。 (3)不会。 例3　如图所示，用起电机使金属球A带正电，将A靠近验电器上的金属小球B，则(　　) A．验电器的金属箔不会张开，因为球A没有和B接触 B．验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电 C．验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电 D．验电器的金属箔张开，因为验电器下部的金属箔都带上了正电 答案　D 解析　带正电的金属球A靠近验电器上的金属小球B，由于静电感应，B球带负电，验电器的金属箔带正电，故金属箔因带同种电荷相互排斥而张开，D正确。 针对训练　(多选)(2023·广东茂名市电白区第一中学高二上月考)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，导体的A端感应出正电荷，B端感应出负电荷。关于使导体带电的以下说法中正确的是(　　) A．如果用手摸一下导体的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，导体带正电 B．如果用手摸一下导体的A端，大地的自由电子将经人体流入导体与A端的正电荷中和，手指离开，移去带电体C，导体带负电 C．如果用手摸一下导体的中间，由于中间无电荷，手指离开，移去带电体C，导体不带电 D．无论用手摸一下导体的什么位置，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，导体带正电 答案　AD 解析　无论用手摸一下导体的什么位置，都会使枕形导体通过人体与大地相连，由于静电感应，导体上的自由电子将经人体流入大地，使得导体带正电，手指离开，移去带电体C，导体带正电，故选项A、D正确。 1．只有导体中的电子才能自由移动。绝缘体中的电子不能自由移动，所以导体能够发生感应起电，而绝缘体不能。 2．凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个更大导体，而且该导体可视为近端，带异种电荷，地球可视为远端，带同种电荷，如图。 例4　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，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，求接触后两球带电荷量大小之比； (2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比。 答案　(1)2∶3　(2)2∶1 解析　(1)设A、B带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA1＝qC1＝q C与B接触后，B、C带电荷量为 qB1＝qC2＝＝q 故A、B带电荷量大小之比为＝＝ (2)若A带正电荷，B带负电荷，且所带电荷量大小均为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||＝＝。 同理，若A带负电电荷，B带正电荷，A、B带电荷量大小之比仍为2∶1。 接触起电时电荷量的分配规律 当两个完全相同的金属球接触后，电荷量将平均分配。 (1)若两个完全相同的金属球最初带同种电荷，接触后电荷量相加后均分； (2)若两个完全相同的金属球最初带异种电荷，则接触后电荷先中和再均分。 课时对点练 1．(2023·重庆市复旦中学月考)关于摩擦起电的现象，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 答案　B 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。 2．(2022·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，一球带电荷量为＋0.4 C，另一球带电荷量为－0.2 C，两球接触后再分开，则每个球带电荷量是＋0.3 C 答案　C 解析　摩擦起电实质是电荷在物体间转移，并不是创造出新的电荷，故A错误；带正电的物体靠近不带电的导体，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，一球带电荷量为＋0.4 C，另一球带电荷量为－0.2 C，两球接触后再分开，电荷先中和再均分，每个球带电荷量是＋0.1 C，故D错误。 3．(2023·江苏苏州中学月考)如果天气干燥，晚上脱毛衣时，会听到“噼啪”的响声，还会看到电火花，关于这种现象，下列说法正确的是(　　) A．是人身体上产生的电流造成的 B．是接触起电造成的 C．是摩擦起电造成的 D．是感应起电造成的 答案　C 4.当用毛皮摩擦过的橡胶棒去接触验电器的金属球时，金属箔片张开。对上述实验分析正确的是(　　) A．金属箔片所带的电荷为正电荷 B．金属箔片的起电方式是感应起电 C．金属箔片张开的原因是同种电荷相互排斥 D．金属箔片与金属球带异种电荷 答案　C 解析　毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，用带负电的橡胶棒和不带电的验电器接触的起电方式叫接触起电，且验电器整体即金属球、金属杆、金属箔片都带负电，故A、B、D错误；电荷间的相互作用是同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，橡胶棒和验电器金属球接触后，两个金属箔片均带负电，相互排斥，故金属箔片张开，C正确。 5.(2023·福建三明市高二期中)用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。小明同学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。对上述现象的判断与分析，下列说法不正确的是(　　) A．摩擦使笔套带电 B．笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异种电荷 C．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和 D．圆环被吸引到笔套上的过程中，圆环所受吸引力大于圆环的重力 答案　C 解析　笔套与头发摩擦后，摩擦使笔套带电，故A正确，不符合题意；带电的笔套靠近圆环时，圆环上端感应出与笔套带电性质相反的电荷，则下端感应出与笔套带电性质相同的电荷，故B正确，不符合题意；圆环中的总电荷为零，不能中和笔套所带电荷，笔套碰到圆环后，笔套和圆环将带同种电荷，故C错误，符合题意；圆环被吸引到笔套上，是因为圆环所受吸引力大于圆环的重力，产生了加速度，故D正确，不符合题意。 6.如图所示，验电器带有很少量的负电荷，将一带正电荷的小球从远处逐渐靠近，但不接触验电器的金属球。下列说法正确的是(　　) A．金属箔张开的角度先减小至零，后逐渐增大 B．金属箔张开的角度不断增大 C．金属箔一直带负电 D．金属箔一直带正电 答案　A 解析　一带正电荷的小球慢慢靠近一个带有很少量负电荷的验电器金属球，根据异种电荷相互吸引得出金属箔负电荷转移到金属球，所以金属箔所带负电荷先变少直至为零，则金属箔的夹角减小直至为零，随小球的靠近，验电器的金属球上的负电荷越来越多，所以金属箔上将开始带上正电荷，随着正电荷的增加，此时验电器金属箔的张角也开始变大，即金属箔的夹角逐渐增大，故B、C、D错误，A正确。 7．(多选)用棉布分别与聚丙烯塑料板和聚乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，下列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，一定带上种类不同但数量相等的电荷 D．同一物体与不同种类物体摩擦，该物体所带电荷的种类可能不同 答案　CD 解析　两物体摩擦时得失电子取决于两物体的原子核对电子的束缚能力大小，与物体表面是否粗糙无关，A错误；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体摩擦后所带电荷的种类一定不同，所带电荷数量一定相等，B错误，C正确。由题图可知，D正确。 8．(多选)如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支架支持的金属导体，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上的金属箔片仍张开 C．先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开 D．先用手接触一下A再拿开，然后把C移走，再把A、B分开，A上的金属箔片不张开，而B上的金属箔片张开 答案　AB 解析　把C移近导体A时，由于静电感应现象，导体B的右端要感应出正电荷，在导体A的左端会感应出负电荷，所以导体两端的金属箔片都张开，A正确；先把A、B分开，然后移去C，导体A和B仍然带电，金属箔片仍张开，B正确；先把C移走，A和B的电荷就会中和，再把它们分开，金属箔片不会张开，C错误；先用手触摸导体A，此刻C并未移走，大地中的电子流向导体，再移走C，导体A、B均带负电，A、B上的金属箔片均张开，D错误。 9．(2023·海南藏族自治州中学高二月考)有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有3×10－3 C的正电荷，小球B带有2×10－3 C的负电荷，小球C不带电。先让小球C与小球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，试求这时A、B、C三个小球的带电荷量分别为多少？ 答案　－2.5×10－4 C　＋6.25×10－4 C　＋6.25×10－4 C 解析　让小球C与小球A接触后分开，则这时A、C各带有1.5×10－3 C的正电荷 再让小球B与小球A接触后分开，则A、B各带电荷量为＝－2.5×10－4 C 最后让小球B与小球C接触后分开，则B、C各带电荷量为 ＝＋6.25×10－4 C 则最终A、B、C各带电荷量为－2.5×10－4 C、＋6.25×10－4 C、＋6.25×10－4 C。 10．(多选)有A、B、C三个完全相同的金属球且三个球均对地绝缘，A带8.0×10－5 C的正电荷，B、C不带电。现每次将两个球相互接触后分开，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．5.0×10－5 C,2.0×10－5 C,1.0×10－5 C B．4.0×10－5 C,2.0×10－5 C,2.0×10－5 C C．3.0×10－5 C,2.5×10－5 C,2.5×10－5 C D．6.0×10－5 C,1.0×10－5 C,1.0×10－5 C 答案　BC 解析　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＝4.0×10－5 C，然后B与C接触，接触后的电荷量为 C＝2.0×10－5 C，不可能比2.0×10－5 C小，C再与A接触后分开的电荷量为 C＝3.0×10－5 C，C与B再次接触，接触后的电荷量为 C＝2.5×10－5 C，故A、D错误，B、C正确。 11．(2023·福建莆田第二十五中学高二月考)如图所示，在绝缘支架上的导体A和导体B按图中方式接触放置，最初A、B都不带电，开关K1、K2均断开，现在将一个带正电小球C放置在A左侧，以下判断正确的是(　　) A．只闭合K1，则A左端不带电，B右端带负电 B．只闭合K2，接着移走带电小球，最后将A、B分开，A带负电 C．K1、K2均闭合时，A、B两端均不带电 D．K1、K2均闭合时，A左端带负电，B右端不带电 答案　D 解析　只闭合开关K1，由于静电感应的作用，金属导体A左端带负电，B右端不带电，故A错误。当闭合开关K2，由于静电感应的作用，金属导体B右端不带电，A左端带负电，接着移走带电小球，A左端的负电会被中和而都不带电，最后将A、B分开，则A和B均不带电，故B错误。K1、K2均闭合时，即导体A左端会感应异种电荷带负电，B右端不带电，故C项错误，D项正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$