第1章 第1节 静电的产生及其微观解释(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（鲁科版）

本讲义聚焦静电的产生及其微观解释核心知识点，系统梳理电荷的种类、相互作用及电荷量概念，三种起电方式（摩擦、接触、感应）的实验过程与原理，验电器的工作机制，从原子结构层面揭示带电本质，并以电荷守恒定律统摄，构建“现象-实验-本质-规律”的学习支架。 资料亮点在于融合科学探究与物理观念，通过塑料包扎带捋后散开、验电器感应起电等实验案例，引导学生观察分析，培养科学探究能力。例题结合脱毛衣电火花等生活实例，助力建立物质与相互作用观念，课中辅助教师解析重难点，课后分层练习帮助学生巩固知识，提升科学思维与问题解决能力。

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：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为正电荷；用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。 3．验电器 (1)作用：检验物体是否带电。 (2)原理：同种电荷相互排斥。 (3)静电计：把金属箔片换成指针，并用金属制作外壳的验电器。 例1　(2024·深圳市高二期末)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，手与塑料细条由于摩擦起电，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　吉尔伯特制作了第一只验电器，后来，英国人格雷改进了验电器，其结构如图所示。验电器原来带正电，如果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 答案　A 解析　带大量负电荷的金属棒接触验电器的金属球，使验电器上所带的正电荷先与金属棒中的负电荷中和，验电器带电荷量减少，金属箔片张角变小；中和完后，剩余的负电荷又会使验电器带负电，使金属箔片的张角再次变大，故A正确。 验电器的两种应用方式及原理 1．当带电的物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。 2．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带异种电荷，而金属箔片上会带同种电荷(感应起电)，两个金属箔片在斥力作用下张开，如图乙。 二、产生静电的微观解释 阅读课本，试分析如何从物质的微观结构来解释物体不显电性的原因。 答案　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，金属箔片张开。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，故金属箔片张开。 (3)不会。 例3　(2023·揭阳市高二期末)下列三幅图反映了三种起电的方式，下列说法正确的是(　　) 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接触时都把电荷转移给验电器，使箔片C、C′张开 C．丙图中带电小球C使电中性的A、B发生静电感应，现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 答案　D 解析　题图甲中，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；题图乙中，小球D带正电时，电子从验电器转移到小球D，使箔片带正电，小球D带负电时，电子从小球D转移到验电器，使箔片带负电，两种情况均使箔片C、C′带同种电荷，相互排斥，使箔片张开，B错误；题图丙中，小球C使A、B发生静电感应现象，A、B带上等量异种电荷，移开小球C后，静电感应消失，再分开A、B，A、B均不带电，C错误；三种起电方式的实质都是电子的转移，D正确。 例4如图所示，带正电荷的导体A在靠近带有绝缘支架的不带电导体B后，导体B的P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是(　　) A．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带负电 B．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电 C．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将不带电 D．若用导线将P端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电 答案　A 解析　带正电荷的导体A在靠近导体B时，导体B上的自由电子会向P端运动，导体B的P端因有了多余的电子而带负电，Q端因失去电子而带正电，用接地导线接导体B的任何部位，大地的负电荷都会中和B导体Q端的正电荷，因此断开导线，再取走导体A，导体B将带负电，故A正确，B、C、D错误。 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5　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带同种电荷且带电荷量均为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 (分值：100分) 1～8题每题7分，9题11分，共67分 考点一　三种起电方式 1．(2023·江苏省苏州中学校月考)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 2.(多选)(2024·福州市高二期中)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。 3.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。 4.(2023·益阳市高一开学考试)“通草球”是五加科植物通脱木的茎髓。秋天取茎，放置干燥处晾干，将其茎髓制成小球。这种小球密度很小，且绝缘，过去常用来做静电实验。现在这种东西较少见，一般中药店里有售。如图所示，两个通草球甲和乙悬挂在支架上，彼此吸引。关于该现象判断正确的是(　　) A．甲小球一定带了电 B．乙小球一定带了电 C．两个小球中有一个可能不带电 D．甲、乙小球可能带有同种电荷 答案　C 解析　同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，同时，带电物体还可吸引轻小物质，故甲、乙两个小球可能带异种电荷，也可能一个带电，一个不带电。故选C。 考点二　产生静电的微观解释　验电器 5.(2023·宁德市高二期中)如图所示，将带正电的小球P靠近带有绝缘支架的不带电导体A时，则导体A(　　) A．左右两端都带正电 B．左右两端都带负电 C．左端带负电，右端带正电 D．左端带正电，右端带负电 答案　C 解析　带正电的小球P靠近不带电的导体A时，导体A上的自由电子由于受到小球P上正电荷的吸引而向左端移动，故导体A左端会带负电荷，右端由于电子数目减少而带正电荷，故选C。 6．(2023·宁波市期中)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，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了，这说明(　　) A．小球上原有的负电荷逐渐消失了 B．在此现象中，小球上产生了正电荷 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．该现象是由于电子的转移引起的，不遵循电荷守恒定律 答案　C 解析　根据电荷守恒定律知，电荷既不会被消灭，也不会被创造，只会发生转移，故A、B错误；金属小球上的负电荷减少是由于潮湿的空气将电子导走了，是电子的转移，仍然遵循电荷守恒定律，故D错误，C正确。 7．(2024·广州市高二期中)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。 8．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况正确的是(　　) 答案　B 解析　带电金属球靠近验电器使验电器的金属箔片张开是感应起电过程，当带电的金属球靠近另一不带电的验电器上的金属球时，验电器上的金属球中与金属球异种的电荷向靠近验电器上的金属球的一端聚集，而使近端带异种电荷，远端金属箔片带同种电荷，故选项B正确。 9．(11分)(2023·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各带电荷量为分别－2.5×10－4 C、＋6.25×10－4 C、＋6.25×10－4 C。 10～12题每题8分，共24分 10.(2023·三明市高二期中)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。 11．(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。 12.(2023·黑龙江省饶河县高二月考)如图所示，左边是一个原来不带电的导体，右边C是后来靠近的带正电的导体球，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 答案　D 解析　导体原来不带电，只是在静电感应的作用下，导体中的自由电子向B部分移动，使B部分多了电子而带负电，A部分少了电子而带正电。根据电荷守恒定律可知，A部分转移的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷量总是相等的，故D正确，A、B、C错误。 (9分) 13．(2023·莆田市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。只闭合开关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 $