第1章 第1节 静电的产生及其微观解释（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）福建专版

第1章 静电力与电场强度 静电的产生及其微观解释 (强基课—逐点理清物理观念) 第 1 节 课标要求 层级达标 1.通过实验,了解静电现象。 2.能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。 学考 层级 1.通过验电器等实验器材,认识生活中的静电现象。 2.能理解静电现象的本质,能从微观角度解释静电现象。 选考 层级 能对静电现象的综合问题进行分析,对生活中静电现象进行解释。 1 逐点清(一)　静电的产生 2 逐点清(二)　产生静电的微观解释 3 逐点清(三)　验电器的原理与应用 4 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(一)　静电的产生 1.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___。 2.三种起电方式 (1)摩擦起电:通过_____的方式使物体带电,如图甲所示。 多维度理解 库仑 库 C 摩擦 (2)接触起电:通过与带电体______的方式使物体带电,如图乙所示。 (3)感应起电:通过_________使金属导体带电,如图丙所示。 3.验电器:检验物体是否带电和估测物体带电多少的仪器,如图丁所示。 4.静电感应:受附近带电体影响而使导体上的电荷_________的现象。 接触 静电感应 重新分布 [微点拨]　三种起电方式的对比 方式 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生 条件 两个由不同物质组成的物体摩擦时 导体靠近带电体时 导体与带电导体接触时 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,且电性与原带电体“近异远同” 导体带上与带电导体电性相同的电荷 原因 不同物质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)带电体 电荷之间的相互作用 实质 均为电荷在物体之间或物体内部的转移 续表 1.判断下列说法是否正确。 (1)丝绸与任何物体摩擦后都带负电。 ( ) (2)两个正电荷相互排斥,两个负电荷相互吸引。 ( ) (3)在静电感应过程中,金属导体内部的正电荷与负电荷移动方向相反。 ( ) 全方位练明 × × × 2.小红在科技馆用手触摸静电球时,头发丝一根根飘起来,出现“怒发冲冠”的有趣现象,如图所示。头发丝飘起的原因是 (　 ) A.异种电荷相互吸引 B.同种电荷相互排斥 C.异种电荷相互排斥 D.同种电荷相互吸引 √ 解析:当小红用手触摸静电球时,她的身体就会带上电荷,即她的头发会带上和静电球同种的电荷(但不能确定是正电荷还是负电荷),由于同种电荷相互排斥,故此时她的头发丝一根根飘起,选项B正确。 3.在感应起电中,带负电的物体靠近带绝缘底座的导体时,如图所示,M处将 (　 ) A.带正电　　　　　　　 B.带负电 C.不带电 D.以上均有可能 √ 解析:感应起电过程是由于同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,使导体近端相对于带电体感应出异种电荷,远端感应出同种电荷,由图知M为导体远端,则M处带负电。故选B。 逐点清(二)　产生静电的微观解释 1.原子结构 如图所示为原子模型示意图 原子 多维度理解 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,___________ 不变。 3.电子的电荷量 一个电子的电荷量与一个质子的电荷量数值相同,约为____________。 电荷的总量 1.60×10-19 C 4.物体带电的实质 (1)摩擦起电是电子从某一物体_____到另一物体上。 (2)感应起电是在带电体所带电荷的作用下,_________ 从导体的一部分转移到了另一部分。 转移 自由电荷 [微点拨] 1.起电过程的实质 不论哪一种起电过程都没有创造电荷,也没有消灭电荷。本质都是电荷发生了转移,也就是物体所带电荷的重新分布。 2.守恒的广泛性 (1)电荷守恒定律和能量守恒定律一样,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。 (2)电荷守恒定律另一表述是:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。 [典例]　有两个完全相同的带电金属球A、B,分别带有电荷量QA=6.4×10-9 C,QB=-3.2×10-9 C,让两带电金属球接触。在接触后,A、B球带电荷量各是多少?此过程中电荷发生了怎样的转移,转移了多少? [答案]　1.6×10-9 C　1.6×10-9 C　电子由B球转移到了A球,转移的电荷量为-4.8×10-9 C [解析]　当两带电金属球接触时,带电荷量少的负电荷先被中和,剩余的正电荷再重新分配。由于两金属球相同,剩余正电荷均分,即接触后两金属球带电荷量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。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。 [思维建模] 完全相同的导体接触时电荷量的分配情况: (1)若为带电导体和不带电导体接触,则电荷量平分。 (2)若两个带电导体带同种电荷,则总电荷量平分。 (3)若两个带电导体带异种电荷,则先中和,剩下的电荷量再平分。 1.M和N都是不带电的物体,它们互相摩擦后M带正电荷1.6×10-10 C,下列判断正确的是 (　 ) A.在摩擦前M和N的内部没有任何电荷 B.摩擦的过程中电子从N转移到了M C.N在摩擦后一定带负电荷1.6×10-10 C D.M在摩擦过程中失去了1.6×1010个电子 全方位练明 √ 解析:物体内含有带电的质子和电子,选项A错误;两个物体相互摩擦后,一个物体失去电子带正电,另一个物体得到电子带等量的负电,电子由M转移到N,选项B错误,C正确;因一个电子带电荷量大小为1.6×10-19 C,所以M在摩擦过程中失去的电子个数为n==109个,选项D错误。 2.如图所示,将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动和分布情况是 (　 ) A.枕形金属导体中的正电荷向B端移动,电子向A端移动,两端带等量电荷 B.枕形金属导体中电子向A端移动,正电荷不移动,两端带等量电荷 C.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动,A端电荷量大 D.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动,B端电荷量大 √ 解析:枕形金属导体中自由电子可以自由移动,带正电荷的是原子核,不能定向移动,由电荷守恒定律得,枕形金属导体两端电荷量相等。 逐点清(三)　验电器的原理与应用 验电器的两种应用方式及原理 1.带电体接触验电器:当带电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,如图甲所示。 多维度理解 2.带电体靠近验电器:当带电体靠近验电器的金属球时,带电体会使验电器的金属球感应出异种电荷,而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电),两箔片在斥力作用下张开,如图乙所示。 [典例]　(多选)某同学将一根橡胶棒用毛皮摩擦后,先后进行了如下操作:①将橡胶棒靠近(不接触)验电器的金属球(如图1);②保持橡胶棒的位置不动,用手接触验电器的金属球(如图2);③接着先把手移开,再把橡胶棒移开(如图3)。关于验电器的金属箔片张开的情况及分析,以下说法正确的是 (　 ) A.操作①中,验电器金属箔片不张开,因为橡胶棒与金属球没有接触 B.操作①中,随着橡胶棒逐渐靠近验电器金属球,金属箔片张开的角度越来越大,因为感应电荷越来越多,金属箔片上聚集的负电荷也越来越多 C.操作②中,手接触验电器金属球,金属箔片闭合,金属球上的电荷通过手导入到大地中 D.操作③中,金属箔片从闭合到又张开一定的角度,因为金属球上的电荷重新分布 √ √ [解析]　操作①中,用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,靠近验电器的金属球时,由于静电感应,验电器的金属小球带正电,则金属箔片带负电,从而张开;随着橡胶棒逐渐靠近验电器金属球,金属箔片张开的角度越来越大,因为感应电荷越来越多,金属箔片上聚集的负电荷也越来越多,A错误,B正确;操作②中,手接触验电器金属球,验电器金属球成为近端,带正电荷,大地成为远端,带负电荷,验电器金属箔片上负电荷流入大地,使得金属箔片闭合,C错误;操作③中,若先把手移开,再把橡胶棒移开,金属球上的电荷因失去橡胶棒的约束重新分布,导致金属箔片又张开,D正确。 1.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 (　 ) 全方位练明 √ 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错误,B正确。 2.若验电器原来带正电,如图所示,用一根带大量负电荷的金属棒接触验电器的金属球,金属箔片的张角将 (　 ) A.先变小后变大　　 B.变大 C.变小 D.先变大后变小 √ 解析:验电器原来带正电,用一根带大量负电荷的金属棒接触验电器的金属球,金属棒上的部分负电荷先中和验电器上的正电荷,验电器的金属箔片张角变小,剩余的负电荷继续向验电器转移,验电器的金属箔片的张角又会变大,故选项A正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A级——学考达标 1.太空探测器配备的离子发动机能将原子电离,并使离子向后喷射,从而获得推力。若将一个氮原子在离子发动机中电离成一个氮离子和一个电子,则该氮离子与该电子所带电荷(　 ) A.等量异种 B.不等量异种 C.等量同种 D.不等量同种 √ 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:一个氮原子在离子发动机中电离成一个氮离子和一个电子,根据电荷守恒定律,则该氮离子与该电子所带电荷是等量异种电荷。故选A。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.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.“章鱼”由于带上同种电荷会向四周散开 C.用毛巾摩擦后,“章鱼”与PVC管带异种电荷 D.毛巾与PVC管摩擦的过程中,正电荷发生了转移 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:PVC管带电方式属于摩擦起电,A错误;“章鱼”由于带上同种电荷相互排斥而会向四周散开,B正确;因为“章鱼”处于悬停状态,故用毛巾摩擦后,“章鱼”与PVC管带同种电荷,C错误;毛巾与PVC管摩擦的过程中,负电荷(电子)发生了转移,D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.用验电羽、感应起电机等可以组成一个模拟电场形状的实验装置。如图是某次实验中验电羽的一种形状,则两个验电羽 (　 ) A.一定带正电荷 B.一定带负电荷 C.一定带异种电荷 D.可能只带正电荷 解析:由于同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,从验电羽的形状可知,两个验电羽相互吸引,一定带异种电荷。故选C。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 4.下列三幅图反映了三种起电的方式,下列说法正确的是 (　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.甲图是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.乙图无论小球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.丙图中先把靠近的带电小球C移开,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 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 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;小球D带正电时,电子从A与箔片转移到小球D,使箔片带正电,小球D带负电时,电子从小球D转移到箔片,使箔片带负电,两种情况均使箔片带同种电荷相斥,使箔片张开,B错误;带电小球C靠近A、B,发生静电感应现象,A、B带上等量异种电荷,若先移开小球C后,静电感应现象消失,再把A、B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显正电性,得到电子显负电性,电子在转移的过程中,电荷的总量保持不变,D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5.下列不是静电现象的是 (　 ) 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:摩擦后的气球使猫毛竖起,该现象是摩擦起电,是电荷的转移产生的现象,是静电现象,故A正确;手摇感应起电机使金属球带电,是静电现象,故B正确;用带电玻璃棒接触验电器的金属球,金属箔张开,是接触起电,是静电现象,故C正确;用干电池供电,闭合开关后灯泡发光,是电流的持续流动,是电流通过小灯泡灯丝使灯丝发热,灯丝达到一定温度就会红热发光,不属于静电现象,故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6.医用一次性口罩是必备的呼吸防护用品,口罩的核心材料是中间一层熔喷无纺布。为了提高过滤效果,必须在熔喷无纺布上进行重要的驻极处理,就是在熔喷无纺布上加入静电荷。利用电荷的静电力作用捕集尘粒,称为静电吸引沉积,静电吸附效果直接影响着口罩的使用寿命。根据这些信息,下列说法正确的是 (　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.医用一次性口罩进行高温蒸汽消毒再使用,效果会更好 B.增加熔喷无纺布的层数不能使医用一次性口罩的吸附能力变强 C.为了节约资源,刚用完的医用一次性口罩可以及时清洗晒干后再使用 D.不法分子为了牟取暴利,制造销售假冒医用一次性驻极口罩,除了从专业技术上鉴定外,还可以用口罩能否吸附轻小纸屑来判断真假 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:高温蒸汽消毒和清洗都会导致熔喷无纺布失去静电吸附能力,A、C错误;增加熔喷无纺布的层数,使医用一次性口罩所带静电荷增多,口罩的吸附能力变强,B错误;熔喷无纺布上带有静电,可以对轻小纸屑产生吸附作用,可以用口罩能否吸附轻小纸屑来判断真假,D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 7.(多选)按照现代的粒子理论,可以将粒子分为三大类:媒介子、轻子和强子,质子和中子属于强子,强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克理论,夸克有6种,它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克,它们的带电量分别为-e 或+e,电荷量e为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成,一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成,质子的带电量为e,则下列说法不正确的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.上夸克的电荷量为+e B.下夸克的电荷量为-e C.上夸克的电荷量为-e D.下夸克的电荷量为+e 解析:设上夸克的电荷量为q1,下夸克的电荷量为q2,由题意可得2q1+q2=e,q1+2q2=0,解得q1=+e,q2=-e,故A、B正确,C、D错误。 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 8.(4分)(2024·福州三校联考)用丝绸摩擦过的玻璃小球A_______ (填“得到”或“失去”)了电子,让它去靠近吊在细线上的轻质小球B,再用小球B去靠近轻质小球C,小球A与B及小球B与C靠近时的情形如图所示,则小球C　　　　(填“一定”或“可能”)带　　　(填“正”或“负”)电。  失去 可能 　负 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析:用丝绸摩擦过的玻璃小球A失去了电子,所以小球A带正电;由小球A与B靠近时的情形图可知A与B相互排斥,则小球B带正电,由小球B与C靠近时的情形图可知B与C相互吸引,所以小球C带负电或不带电,所以小球C可能带负电。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9.(12分)半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量,相隔一定的距离,今让第三个半径相同且不带电的金属小球先后与A、B接触后移开。 (1)若A、B两球带同种电荷,求接触后两球的电荷量之比; 答案:2∶3　 解析:若A、B带同种电荷,设电荷量均为Q,第三个球与A接触时,平分A的电荷量,A和第三个球此时所带电荷量均为Q;第三个球再与B接触, 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 平分二者电荷量之和,B此时所带电荷量为=Q,则接触后A、B的电荷量之比为∶=2∶3; 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)若A、B两球带异种电荷,求接触后两球的电荷量之比。 答案: 2∶1 解析:若A、B带异种电荷,设A带电荷量为+Q,B带电荷量为-Q,第三个球与A接触后二者带电荷量均为+Q,第三个球再与B接触后B带电荷量为=-Q,则接触后A、B的电荷量之比为∶=2∶1。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 B级——选考进阶 10.(多选)小明同学用自制的验电器进行了一些探究实验。如图所示,小明使验电器带上负电荷,经过一段时间后,他发现该验电器的金属箔片(用包装巧克力的锡箔纸制作)几乎闭合了。关于此问题,他跟学习小组讨论后给出了下列观点,你认为正确的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.金属球上原有的负电荷逐渐消失了 B.在此现象中,电荷不守恒 C.金属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.该现象是由于电子的转移引起的,仍然遵循电荷守恒定律 解析:带负电的验电器在潮湿的空气中,经过一段时间后,金属球上的负电荷(电子)被潮湿的空气导走了,但电荷在转移的过程中仍然守恒,故C、D正确,A、B错误。 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11.摩擦可以产生静电,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,最后知甲物体带正电2.8×10-15 C,丙物体带电6×10-16 C。则关于最后乙、丙两物体的带电情况,下列说法正确的是 (　 ) A.乙物体一定带负电3.4×10-15 C B.乙物体可能带负电2.4×10-15 C C.丙物体一定带正电6×10-16 C D.丙物体一定带负电6×10-16 C 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:甲、乙两物体相互摩擦后,甲物体带正电2.8×10-15 C,根据电荷守恒定律可知,乙物体与丙物体接触前一定带负电2.8×10-15 C,乙再与不带电的丙接触后,丙物体一定带负电6×10-16 C,此时乙物体一定带负电2.2×10-15 C,故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 12.如图甲所示是一个原先不带电的导体,图乙中C是靠近图甲中导体的带正电的导体球。若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开,将导体分为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QA>QB B.只有沿虚线b切开,才有A带正电,B带负电,且QA=QB C.沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QA<QB D.沿任意一条虚线切开,都有A带正电,B带负电,且QA=QB 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 解析:导体原来不带电,在带正电的导体球C的静电感应作用下,导体中的自由电子向B部分移动,使B部分带负电,A部分带正电。根据电荷守恒定律可知,A部分减少的电子数目和B部分增加的电子数目相同,所以沿任意一条虚线切开时,均有A带正电,B带负电,且QA=QB,故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.(18分)有A、B、C三个用绝缘柱支撑的相同导体球,A带正电荷,电荷量为q,B和C不带电。讨论:用什么办法能使 (1)B、C都带等量的正电荷; 答案:B先与A接触后,再与C接触。 (2)B、C都带负电荷; 答案:B、C用导线接地后,使A靠近B、C,断开导线。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (3)B、C带等量的异种电荷; 答案:用导线将B、C连接,使A靠近B,断开导线。 (4)B带q正电荷。 答案:B与A接触后,再与C接触,此时A带正电荷,B带正电荷,让B再次与A接触分开后,B带q正电荷。(答案不唯一,正确即可) 2 3 4 $$