1.1 静电的产生及其微观解释（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

第1节　静电的产生及其微观解释 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 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 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并解决简单的问题 会做探究感应起电的实验，会分析静电感应现象 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、分析的良好科学态度 [对应学生用书P1] 知识点一 静电的产生 1.电荷❶ (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)电荷量❷：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❸ (1)如图甲所示为摩擦起电。 (2)如图乙所示为接触起电❹。 (3)如图丙所示为感应起电。 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。 4．感应起电：利用静电感应使金属导体带电的方式。 1．两个正电荷之间的作用力为斥力，两个负电荷之间的作用力为引力。(　×　) 2．玻璃棒无论和什么物体摩擦都会带正电。(　×　) 3．验电器是检验物体是否带电的仪器。(　√　) 知识点二 产生静电的微观解释 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❺。在转移过程中，电荷的总量不变❻。 3．摩擦起电的实质：两个由不同物质组成的物体相互摩擦时，由于摩擦力做功，一个物体中某些原子的电子获得了能量，挣脱了原子核的束缚，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，另一个物体就得到了电子带负电。 4．感应起电的实质是在带电体所带电荷的作用下，自由电荷从导体的一部分转移到了另一部分。 1．感应起电过程仍符合电荷守恒定律。(　√　) 2．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒上。(　×　) 3．三种起电过程都没有创造电荷，其本质都是电子的转移，即起电过程是物体所带电荷的重新分配。(　√　) 批注❶：自然界中有且只有正、负两种电荷，这是由美国科学家富兰克林命名的。 批注❷：迄今为止，实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量。质子、正电子所带的电荷量与它相同，电性相反。人们把这个最小的电荷量叫作元电荷，用e表示，e＝1.60×10-19 C，最早是由美国物理学家密立根测得的。所有带电体的电荷量都是e的整数倍。 批注❸：摩擦起电适用于绝缘体，接触起电和感应起电适用于导体。 批注❹：验电器 (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检验物体带电的种类。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 批注❺：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。 批注❻：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，也涵盖了近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律。例如：由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正、负电子可同时湮灭，转化为光子。在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和不变。 [对应学生用书P3] 探究点一　三种起电方式　(物质观念之形成) ►情境探究 图甲是古老的摩擦起电机，图乙是感应起电机。结合图片，思考： (1)两个绝缘体摩擦为什么会带上电荷？ (2)感应起电能发生在绝缘体上吗？原因是什么？ 提示：(1)两个绝缘体摩擦时，其中一个物体失去电子，另一个物体得到电子，分别带上了正、负电荷。 (2)感应起电不会发生在绝缘体上，因为绝缘体中的电子不能自由移动。 ►探究归纳 三种起电方式的比较 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生条件 两种不同的绝缘体相互摩擦 导体靠近带电体 导体与带电体接触 现象 两绝缘体带上等量异种电荷 导体两端出现等量异种电荷 导体带上与带电体电性相同的电荷 原因 不同物质的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 导体中的自由电子受带电体影响发生转移，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 ►对点例练 如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支撑使它们彼此接触。把一带负电荷的物体C置于导体附近，贴在A、B下部的金属箔都张开，则(　　) A. 此时A带负电，B带正电 B．此时A带正电，B带正电 C．移去C，贴在A、B下部的金属箔仍都张开 D．先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都张开 D　解析：把一带负电荷的物体C置于附近，由于静电感应，此时A带正电，B带负电，A、B错误；移去C后，由于电荷间的相互作用，重新中和，A、B呈电中性状态，两金属箔均闭合，C错误；先把A、B分开，则A带正电，B带负电，移去C后，电荷不能再进行中和，两金属箔仍然张开，D正确。 感应起电的步骤与判断方法 (1)感应起电应遵从以下几个步骤： ①两导体彼此接触；②带电体移近两导体；③先分开两导体，再移走带电体。 (2)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。 [练1](2022·浙江金华高一期末)某同学做静电感应实验，步骤及结论如下：①把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触；②用手触摸甲球；③手指移开；④移开乙球；⑤甲球带正电；⑥甲球不带电；⑦甲球带负电。下列操作过程和所得结论正确的有(　　) A．①→②→③→④→⑤ B．①→②→④→③→⑦ C．①→②→④→③→⑤ D．①→②→③→④→⑥ A　解析：把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触，此时用手触摸甲球，由于静电感应，甲球带正电，当手指移开之后，甲球所带正电荷无法转移，此时移开乙球，甲球仍带正电，A正确，D错误；把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触，用手触摸甲球，此时由于静电感应，甲球带正电，移开乙球后，甲球电荷中和，甲球不带电，在手指移开后，甲球不带电，B、C错误。 探究点二　对电荷守恒的理解与应用　(科学思维之提升) ►情境探究 李华在实验室用验电器做探究性实验，如图所示，实验中使验电器金属球带了负电荷，金箔张开，经过一段时间后，发现验电器的金箔几乎闭合了，关于此问题： (1)验电器小球上的负电荷消失了吗？ (2)小球上负电荷减少的主要原因是什么？ (3)它还遵守电荷守恒定律吗？ 提示：(1)没有。　(2)被潮湿的空气导走了。(3)遵守，只是电子的转移。 ►探究归纳 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互接触而呈电中性的过程。 2．电荷守恒定律的两种表述 (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。 ►对点例练 (2022·吉林长春高一期末)导体A的电荷量为8q，另一完全相同的导体B的电荷量为－2q，让第三个完全相同的不带电的导体C先后与A、B导体接触一会儿后分开，则导体B带的电荷量为(　　) A．－q B．q C．2q D．4q B　解析：导体A带电荷量为8q，不带电的导体C与A接触后带电量为4q，与带电荷量为－2q的B导体接触，电荷中和之后电荷量平分，因此B的电荷量为q，故选B。 [练2](2022·海南儋州高一期中)两个完全一样的金属小球M、N，先让它们各自带电＋5q和＋7q，接触后再分开，则最终M、N的电荷量分别是(　　) A．＋6q，＋6q B．＋7q，＋5q C．＋12q，＋12q D．＋q，＋q A　解析：两个完全相同的金属小球接触，同种电荷电荷量均分，故QM′＝QN′＝＝＝＋6q，故选A。 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： 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练3](生活情境)(2022·福建龙岩高一期末)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，使细条散开 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 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，互相排斥，所以细条散开，故A、B、C错误，D正确。 [练4](生活情境)(2022·浙江湖州华盛高级中学高一月考)在干燥天气下，一个小孩从滑梯上往下滑，在下滑过程中，发现小孩的头发向四周“炸开”，如图所示。产生这一现象的原因可能是(　　) A．小孩与滑梯间摩擦起电，使头发带上了异种电荷 B．小孩与滑梯间摩擦起电，使头发带上了同种电荷 C．小孩与滑梯间感应起电，使头发带上了异种电荷 D．小孩与滑梯间感应起电，使头发带上了同种电荷 B　解析：小孩沿滑梯下滑时因为与滑梯间摩擦而起电，使头发带上了同种电荷而排斥张开，B正确。 [练5](生活情境)(2021·江苏海安南莫中学高一期末)如图所示，充气后的气球在头发上摩擦，再靠近不带电的空易拉罐，在气球未接触易拉罐的情况下，可观察到易拉罐会朝气球方向滚动，关于这一现象，下列说法正确的是(　　) A．易拉罐靠近气球一侧的带电性质和气球相反 B．易拉罐远离气球一侧的带电性质和气球相反 C．气球对易拉罐远、近两侧的作用力均为吸引力 D．气球对易拉罐远、近两侧的作用力大小相等 A　解析：根据静电感应，易拉罐靠近气球一侧与气球带异种电荷，远离气球一侧与气球带同种电荷，A正确，B错误；气球对易拉罐远侧为斥力，近侧为吸引力，并且对近侧的力大于对远侧的力，C、D错误。 [练6](实验情境)(2021·浙江嘉兴第五高级中学高一期中)某同学在研究静电感应时，用带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开。验电器上感应电荷的分布情况正确的是(　　) 　　　 　　　 B　解析：根据感应起电的原理，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，故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $$