第1节 静电的产生及其微观解释（导学案）-物理鲁科版2019必修第三册

1. 静电的产生及其微观解释 导学案 物理观念 能理解静电产生的两种方式（摩擦起电、感应起电），明确电荷守恒定律，建立“静电源于电荷转移”的微观物理观念。 科学思维 能从原子结构角度推导静电产生的微观机制，分析不同起电方式的电荷变化逻辑，提升科学推理与微观建模能力。 科学探究 能参与“探究摩擦起电后物体带电性质”的实验，学会使用验电器检验电荷，通过现象分析得出起电规律，提升探究能力 科学态度 与责任 通过了解静电在生活中的应用与危害，树立“趋利避害运用物理知识”的科学责任意识。 1．理解静电产生的两种方式及电荷守恒定律的内涵。（重点） 2．从原子结构角度解释静电产生的微观机制。（难点） 【知识回顾】 初中物理部分知识点回顾： 1、自然界只有两种电荷。人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫做负电荷。电荷间的相互作用是：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。 2、常见的物质是由分子、原子构成的。原子也有进一步的结构，它的中心是原子核，在原子核周围，有一定数目的电子。电子带负电荷，原子核带正电荷。在通常情况下，原子核所带的正电荷与核外所有电子所带的负电荷在数量上相等，原子整体不显电性。 3、容易导电的物体叫做导体，例如金属、人体、大地、石墨、食盐水溶液等。不容易导电的物体叫做绝缘体，例如橡胶、玻璃、塑料等。在金属中，部分电子可以脱离原子核的束缚，而在金属内部自由移动，这种电子叫做自由电子。金属导电，靠的就是自由电子。 【自主预习】 1、物体带电的实质是物体得、失电子，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。 2、电荷守恒定律：电荷既不能创生，也不能消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变。 3、元电荷的大小：e＝1.6×10-19C。电荷量与质量的比值，叫做比荷，也叫荷质比。 【思考交流1】 1752年6月的一个雷雨天，美国科学家富兰克林冒着生命危险在美国费城进行了著名的风筝实验，要把天电引下来看一看，他成功引下天电做了大量的电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质，由此统一了自然界中的“天电”和“地电”，揭开了自然界中电现象神秘的面纱。你知道生活中有哪些与电相关的现象？有哪些静电现象？ 【问题体验1】 1、 古希腊学者___________、我国学者________、英国科学家__________都发现了摩擦过的琥珀带有电荷，很多物体都会由于摩擦而带电。并称这种方式为___________起电。 2、 美国科学家____________发现________的性质和摩擦产生电的性质完全相同，突出了从特殊到_______的归纳，统一了天电和地电。 3、凭什么说自然界中的电荷只有正负两种电荷？ 4、物体带有电荷的多少用_________表示，用____或_____表示，国际单位制中的单位是________，符号是______。正电荷的电荷量为_______值，负电荷的电荷量为______值。 5、电荷间的相互作用：同种电荷相互__________，异种电荷相互________。 6、提出问题：用丝绸摩擦过的玻璃棒带______电荷，你能解释其中的原因吗？ 建构模型： （1） 物体是由原子或分子组成，而原子是由带____的质子、不带电的_______以及带_____电的电子组成。每个原子中质子的正电荷数量_____(填“大于”“等于”“小于”）电子的负电荷的数量。所以原子对外界表现为电中性。 （2） 原子内部的______和_______被紧密地束缚在一起构成原子核，原子核的结构一般是稳定的。通常离原子核较远的______受到的束缚较弱，容易受到外界的作用而脱离原子。当两种物质组成的物体相互摩擦时，一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上。 解释现象：请大家利用上述建模过程解释下列摩擦过程中电荷的转移情况，并在上图中画出。 丝绸 玻璃棒 毛皮 橡胶棒 【问题体验2】 提出问题：用带负电的橡胶棒棒接触验电器金属球，金属球带_____电；用带负电橡胶棒棒靠近验电器金属球，金属球带_____电。请解释原因 建构模型：金属导体 （1） 金属中的自由电子：原子外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，穿梭其中。 （2） 离子：失去自由电子的原子在内部排列起来，每个正离子都在自己的平衡位置附近_______而___________。 解释现象：如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在下部的金属箔片均是闭合的。 （1） 把带正电荷的物体C移近导体A，两侧的金属箔片有什么变化？这表明什么？ 再将物体C移开，使它远离导体A、B，金属箔又有什么变化？说明什么？ 推测：这既不是接触带电，也不是摩擦起电，而是一种新的带电方式，表明带电体对导体内部的电荷分布有影响。它影响的是金属导体中自由电子的移动吗？也许是由于同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，使靠近带电体的导体内部的电荷重新分布问题？这个影响的可能图景会是什么样的？怎样证实推测的结论是否正确呢? 设计新的实验来验证自己的推测： 操作：这次把带正电荷的物体C移近导体A，再把A和B分开，然后移去C，金属箔是否有变化? 解释原因:因为金属导体中的_______受到C的正电荷吸引，A端有多余电子积累而带____电，B端因_____电子带____电，A、B分开后，A带负电，B带正电,(可以用用丝绸摩擦过的玻璃棒检验金属箔片所带电荷的电性，证实A带负电，B带正电。)并且A、B两导体所带电荷____量____号，移去C后，积累在A端和B端的电荷会在两部分导体中重新分布，原来积累在A、B两端的电荷有一部分会分散掉，所以金属箔张角变______。 再让A和B接触，又会看到什么现象? 由于它们所带电荷____量____号，所以电荷_______，金属箔闭合 实验结果表明：由于导体中正、负电荷的分离，使原来电中性的导体分别带了电。带电体A、B再次恢复到电中性的状态，说明导体内部电荷的种类和数量达到等量、异号。如果不是这样，导体内一定有一种电荷多于另一种电荷，A、B也就不可能成为电中性体 【归纳总结1】三种起电方式的比较 摩擦起电 感应起电 接触起电 现象 两物体带上_____量_____种电荷 导体两端出现_____量_____种电荷电荷 导体带上与带电体___种性质的电荷 原因 不同物质原子核对电子的束缚能力不同．束缚能力弱的____电子，带正电；束缚能力强的_____电子，带_____电 电子在电荷间相互作用下发生转移，近端感应出___种电荷，远端感应出____种电荷 由同种电荷相____异种电荷相____，电子从一个物体____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_______，正电荷___会发生转移 【问题体验3】电荷守恒定律 1、 在三种起电方式中，电荷是创造出来的吗？ 2、 电荷守恒定律：电荷既不会__________，也不会______，它只能从一个物体转移到__________，或者从物体的一部分转移到______________；在转移过程中，电荷的________保持不变。 3、 随着人类研究领域的扩大和深入，近代物理实验发现，一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子； 一对正、负电子可以同时湮没， 转化为光子。不过在这些情况下，带电粒子总是____对产生或湮没的，两个粒子带电数量_____但电性______，而光子又不带电，所以电荷的代数和仍然不变。 4、 电中性物体中有无电荷存在? 5、 所谓“电荷的中和”是不是正、负电荷一起消失了? 6、对于“电荷的总量保持不变”中的“电荷的总量”怎么理解? 7、电荷守恒定律的更普遍的表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，____________保持不变。 【问题体验4】元电荷 带电体的电荷量可以取任意数值吗？是连续的？还是量子化的？ 【归纳总结2】 1． 元电荷：最小的电荷量，e＝________________C，由____________测得。所有带电体的电荷量都是e的__________。 2． 元电荷不是实物粒子，无正、负之分。虽然质子、电子所带的电荷量等于___，但不能说质子、电子是元电荷． 2．比荷：带电粒子的__________与其__________的比值。电子的质量me=_____________，比荷(荷质比)___________ 1．（2025·海南·高考真题）带正电的金属球靠近不带电验电器金属小球，则关于验电器金属小球和金属箔，下列说法正确的是（　　） A．、都带正电 B．、都带负电 C．带负电、带正电 D．带正电、带负电 【答案】C 【详解】由图可知，验电器本来不带电，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，正金属球靠近不带电验电器金属小球，使得金属球a带负电荷，从而导致金属箔b带上正电荷，故C正确。 2．甲、乙、丙三个轻质小球用绝缘细线悬挂，相互作用情况如图所示。如果丙带正电，则甲（　　）    A．一定带正电 B．一定带负电 C．一定不带电 D．可能带正电 【答案】B 【详解】由图知，甲球与乙球靠近时相互排斥，所以甲球和乙球一定带同种电荷，甲可能带负电荷，也可能带正电荷，乙球和丙球相互吸引，丙带正电，则乙带负电，甲带负电。 故选B。 3．图示是“静电章鱼”实验。该实验具体做法：分别使塑料丝和塑料管带电，然后将塑料丝抛向空中，塑料管放在其下方，此时塑料丝悬在空中，状似“章鱼”。由此可判断塑料丝和塑料管（　　） A．均带正电 B．带同种电荷 C．均带负电 D．带异种电荷 【答案】B 【详解】塑料丝和塑料管间因带同种电荷相互排斥而呈章鱼状，由于不知塑料丝和塑料管怎么带电的，故电性无法判断。故选B。 4．如图所示的验电器，静置时两金属箔张开。现用带负电的物体与验电器的金属球接触，金属箔先闭合然后张开更大。则金属球（　　） A．与物体接触前不带电 B．与物体接触前带负电 C．与物体接触后不带电 D．与物体接触后带负电 【答案】D 【详解】验电器静置时金属箔张开，说明其原先带有电荷。用带负电的物体与其接触时，先有部分负电荷流入验电器，使其原有正电荷被中和，金属箔因电荷量减小而先闭合；随后继续有电子流入，使验电器转而带较多的负电荷，金属箔又因同种电荷相斥而张开得更大。因此验电器（金属球）最终带负电，故D正确。 5．在物理学的发展历程中，对于电荷的研究至关重要。从早期对静电现象的观察，到后来对电荷本质的深入探索，科学家们付出了巨大的努力。下列关于电荷的说法正确的是（　　） A．元电荷就是质子 B．电荷量是不能连续变化的 C．库仑首先区分了正电荷和负电荷 D．某带电体的电荷量可能为 【答案】B 【详解】元电荷是最小的带电单位，不同于实物粒子，故A错误；由于所有带电体的电荷量只能是元电荷的整数倍，所以电荷量是不能连续变化的物理量，故B正确、D错误；富兰克林首先区分了正电荷和负电荷，故C错误。 6．有三个完全相同的金属球，球A带的电荷量为q，球B和球C均不带电。现把球A、B、C以各种接触顺序经若干次接触后分开，最后球B的电荷量不可能的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】完全相同的金属球，接触后电荷平分，所以若先将A与B接触后分开，则A、B均带电量，再将B与C接触，则B与C均带电量为，再将A与B接触则，A与B均带电量为，再将B与C接触，则B与C带电量均为，再将A与B接触，则A与B带电量均为，以此类推，最终三个带电体的电量均为，故A、B、C均有可能，D不可能，故D正确。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 1. 静电的产生及其微观解释 导学案 物理观念 能理解静电产生的两种方式（摩擦起电、感应起电），明确电荷守恒定律，建立“静电源于电荷转移”的微观物理观念。 科学思维 能从原子结构角度推导静电产生的微观机制，分析不同起电方式的电荷变化逻辑，提升科学推理与微观建模能力。 科学探究 能参与“探究摩擦起电后物体带电性质”的实验，学会使用验电器检验电荷，通过现象分析得出起电规律，提升探究能力 科学态度 与责任 通过了解静电在生活中的应用与危害，树立“趋利避害运用物理知识”的科学责任意识。 1．理解静电产生的两种方式及电荷守恒定律的内涵。（重点） 2．从原子结构角度解释静电产生的微观机制。（难点） 【知识回顾】 初中物理部分知识点回顾： 1、自然界只有__________种电荷。人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做__________，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫做__________。电荷间的相互作用是：同种电荷__________，异种电荷__________。 2、常见的物质是由分子、原子构成的。原子也有进一步的结构，它的中心是__________，在原子核周围，有一定数目的__________。电子带__________，原子核带__________。在通常情况下，原子核所带的__________与核外所有电子所带的__________在数量上__________，原子整体__________。 3、容易导电的物体叫做__________，例如金属、人体、大地、石墨、食盐水溶液等。不容易导电的物体叫做__________，例如橡胶、玻璃、塑料等。在金属中，部分电子可以脱离原子核的束缚，而在金属内部自由移动，这种电子叫做__________。金属导电，靠的就是__________。 【自主预习】 1、物体带电的实质是____________________，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。 2、电荷守恒定律：电荷既不能__________，也不能__________，它只能从一个物体____________________，或从物体的一部分____________________，在转移的过程中，系统的电荷总数__________。 3、元电荷的大小：e＝__________。电荷量与质量的比值，叫做__________，也叫__________。 【思考交流1】 1752年6月的一个雷雨天，美国科学家富兰克林冒着生命危险在美国费城进行了著名的风筝实验，要把天电引下来看一看，他成功引下天电做了大量的电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质，由此统一了自然界中的“天电”和“地电”，揭开了自然界中电现象神秘的面纱。你知道生活中有哪些与电相关的现象？有哪些静电现象？ 【问题体验1】 1、古希腊学者___________、我国学者________、英国科学家__________都发现了摩擦过的琥珀带有电荷，很多物体都会由于摩擦而带电。并称这种方式为___________起电。 2、美国科学家____________发现________的性质和摩擦产生电的性质完全相同，突出了从特殊到_______的归纳，统一了天电和地电。 3、凭什么说自然界中的电荷只有正负两种电荷？ 4、物体带有电荷的多少用_________表示，用____或_____表示，国际单位制中的单位是________，符号是______。正电荷的电荷量为_______值，负电荷的电荷量为______值。 5、电荷间的相互作用：同种电荷相互__________，异种电荷相互________。 6、提出问题：用丝绸摩擦过的玻璃棒带______电荷，你能解释其中的原因吗？ 建构模型： （1） 物体是由原子或分子组成，而原子是由带____的质子、不带电的_______以及带_____电的电子组成。每个原子中质子的正电荷数量_____(填“大于”“等于”“小于”）电子的负电荷的数量。所以原子对外界表现为电中性。 （2） 原子内部的______和_______被紧密地束缚在一起构成原子核，原子核的结构一般是稳定的。通常离原子核较远的______受到的束缚较弱，容易受到外界的作用而脱离原子。当两种物质组成的物体相互摩擦时，一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上。 解释现象：请大家利用上述建模过程解释下列摩擦过程中电荷的转移情况，并在上图中画出。 丝绸 玻璃棒 毛皮 橡胶棒 【问题体验2】 提出问题：用带负电的橡胶棒棒接触验电器金属球，金属球带_____电；用带负电橡胶棒棒靠近验电器金属球，金属球带_____电。请解释原因 建构模型：金属导体 （1） 金属中的自由电子：原子外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，穿梭其中。 （2） 离子：失去自由电子的原子在内部排列起来，每个正离子都在自己的平衡位置附近_______而___________。 解释现象：如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在下部的金属箔片均是闭合的。 （1） 把带正电荷的物体C移近导体A，两侧的金属箔片有什么变化？这表明什么？ 再将物体C移开，使它远离导体A、B，金属箔又有什么变化？说明什么？ 推测：这既不是接触带电，也不是摩擦起电，而是一种新的带电方式，表明带电体对导体内部的电荷分布有影响。它影响的是金属导体中自由电子的移动吗？也许是由于同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，使靠近带电体的导体内部的电荷重新分布问题？这个影响的可能图景会是什么样的？怎样证实推测的结论是否正确呢? 设计新的实验来验证自己的推测： 操作：这次把带正电荷的物体C移近导体A，再把A和B分开，然后移去C，金属箔是否有变化? 解释原因:因为金属导体中的_______受到C的正电荷吸引，A端有多余电子积累而带____电，B端因_____电子带____电，A、B分开后，A带负电，B带正电,(可以用用丝绸摩擦过的玻璃棒检验金属箔片所带电荷的电性，证实A带负电，B带正电。)并且A、B两导体所带电荷____量____号，移去C后，积累在A端和B端的电荷会在两部分导体中重新分布，原来积累在A、B两端的电荷有一部分会分散掉，所以金属箔张角变______。 再让A和B接触，又会看到什么现象? 由于它们所带电荷____量____号，所以电荷_______，金属箔闭合 实验结果表明：由于导体中正、负电荷的分离，使原来电中性的导体分别带了电。带电体A、B再次恢复到电中性的状态，说明导体内部电荷的种类和数量达到等量、异号。如果不是这样，导体内一定有一种电荷多于另一种电荷，A、B也就不可能成为电中性体 【归纳总结1】三种起电方式的比较 摩擦起电 感应起电 接触起电 现象 两物体带上_____量_____种电荷 导体两端出现_____量_____种电荷电荷 导体带上与带电体___种性质的电荷 原因 不同物质原子核对电子的束缚能力不同．束缚能力弱的____电子，带正电；束缚能力强的_____电子，带_____电 电子在电荷间相互作用下发生转移，近端感应出___种电荷，远端感应出____种电荷 由同种电荷相____异种电荷相____，电子从一个物体____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_______，正电荷___会发生转移 【问题体验3】电荷守恒定律 1、 在三种起电方式中，电荷是创造出来的吗？ 2、 电荷守恒定律：电荷既不会__________，也不会______，它只能从一个物体转移到__________，或者从物体的一部分转移到______________；在转移过程中，电荷的________保持不变。 3、 随着人类研究领域的扩大和深入，近代物理实验发现，一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子； 一对正、负电子可以同时湮没， 转化为光子。不过在这些情况下，带电粒子总是____对产生或湮没的，两个粒子带电数量_____但电性______，而光子又不带电，所以电荷的代数和仍然不变。 4、 电中性物体中有无电荷存在? 5、 所谓“电荷的中和”是不是正、负电荷一起消失了? 6、对于“电荷的总量保持不变”中的“电荷的总量”怎么理解? 7、电荷守恒定律的更普遍的表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，____________保持不变。 【问题体验4】元电荷 带电体的电荷量可以取任意数值吗？是连续的？还是量子化的？ 【归纳总结2】 1． 元电荷：最小的电荷量，e＝________________C，由____________测得。所有带电体的电荷量都是e的__________。 2． 元电荷不是实物粒子，无正、负之分。虽然质子、电子所带的电荷量等于___，但不能说质子、电子是元电荷． 2．比荷：带电粒子的__________与其__________的比值。电子的质量me=_____________，比荷(荷质比)___________ 1．（2025·海南·高考真题）带正电的金属球靠近不带电验电器金属小球，则关于验电器金属小球和金属箔，下列说法正确的是（　　） A．、都带正电 B．、都带负电 C．带负电、带正电 D．带正电、带负电 2．甲、乙、丙三个轻质小球用绝缘细线悬挂，相互作用情况如图所示。如果丙带正电，则甲（　　）    A．一定带正电 B．一定带负电 C．一定不带电 D．可能带正电 3．图示是“静电章鱼”实验。该实验具体做法：分别使塑料丝和塑料管带电，然后将塑料丝抛向空中，塑料管放在其下方，此时塑料丝悬在空中，状似“章鱼”。由此可判断塑料丝和塑料管（　　） A．均带正电 B．带同种电荷 C．均带负电 D．带异种电荷 4．如图所示的验电器，静置时两金属箔张开。现用带负电的物体与验电器的金属球接触，金属箔先闭合然后张开更大。则金属球（　　） A．与物体接触前不带电 B．与物体接触前带负电 C．与物体接触后不带电 D．与物体接触后带负电 5．在物理学的发展历程中，对于电荷的研究至关重要。从早期对静电现象的观察，到后来对电荷本质的深入探索，科学家们付出了巨大的努力。下列关于电荷的说法正确的是（　　） A．元电荷就是质子 B．电荷量是不能连续变化的 C．库仑首先区分了正电荷和负电荷 D．某带电体的电荷量可能为 6．有三个完全相同的金属球，球A带的电荷量为q，球B和球C均不带电。现把球A、B、C以各种接触顺序经若干次接触后分开，最后球B的电荷量不可能的是（　　） A． B． C． D． 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$