第一章 第一节 静电现象(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（粤教版）

本高中物理讲义聚焦静电现象核心知识点，从生活情境切入三种起电方式，系统梳理摩擦起电、接触起电、感应起电的原理，衔接元电荷概念与电荷守恒定律，构建从现象到微观本质的学习支架。 资料通过情境导入、实验分析及对比表格，助力学生形成电荷守恒的物理观念，培养科学推理与模型建构的科学思维。课中例题解析突破重难点，课后对点练帮助查漏补缺，提升教学效果与学习效率。

第一节　静电现象 [学习目标]　1.知道三种起电方式，知道什么是静电感应现象(重难点)。2.知道元电荷的概念，掌握元电荷的数值。3.理解电荷守恒定律(重点)。4.会从微观的角度，结合电荷守恒定律分析三种起电方式(重点)。 一、各种起电方式 情境1：如图甲，将塑料袋剪成细长条，用手捋几下，就成了一朵塑料花。 情境2：如图乙，用手接触带电球的同学瞬间变成了“爆炸头”。 情境3：如图丙，将在头发上摩擦过的气球靠近空易拉罐，易拉罐会朝气球方向滚动。 上述三种物理现象的出现，究其原因都是由于物体带了电。物体带电主要有三种方式：接触起电、摩擦起电、感应起电，请对号入座，并分析三种情境中电荷间的相互作用。 答案　情境1属于摩擦起电，塑料条带同种电荷互相排斥，散成一朵塑料花。 情境2属于接触起电，头发带同种电荷互相排斥，变成“爆炸头”。 情境3属于感应起电，气球使易拉罐近气球端感应出异种电荷，易拉罐与气球互相吸引并靠近。 1．电荷：物体有能够吸引轻小物体的性质，就说它带了电，或者说带了电荷。 2．电荷的种类：规定用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为负电荷。(选填“正”或“负”) 3．摩擦起电：用摩擦的方法使物体带电的过程叫作摩擦起电。 4．接触起电：带电体与不带电物体，通过电荷传导，使原来不带电物体带上电荷。 5．感应起电 (1)感应起电：由于电荷间相互吸引或排斥，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。 (2)静电感应：由于受附近带电体影响而引起导体中正负电荷重新分布的现象。 例1　如图所示，是某物理老师做的“静电章鱼”实验。已知毛皮比塑料更容易失去电子，用两张相同的毛皮分别摩擦塑料丝和塑料管，然后把塑料丝往空中抛出，将塑料管放在下面，此时塑料丝散开静止在空中，形状像章鱼。下列分析正确的是(　　) A．塑料管经毛皮摩擦后得到电子带负电 B．毛皮经塑料丝摩擦后得到质子带正电 C．塑料丝与塑料管带异种电荷 D．塑料管和塑料丝所带的电荷量一定相等 答案　A 解析　因为毛皮比塑料更容易失去电子，所以用毛皮分别摩擦塑料丝和塑料管后，毛皮失去电子带正电，塑料丝和塑料管得到电子带负电，即塑料丝与塑料管带同种电荷，而原子中的质子不能自由移动，选项A正确，B、C错误；摩擦起电时，相互摩擦的两个物体所带的电荷量相等，由于塑料丝和塑料管是分别与两张相同的毛皮摩擦的，因此塑料丝和塑料管所带的电荷量不一定相等，选项D错误。 例2　(多选)(2023·汕头市高二期末)用金属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，下列说法正确的是(　　) A．摩擦头发使笔套带电 B．笔套靠近圆环时，圆环上、下感应出的电荷是异种的 C．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受吸引力大于圆环的重力 D．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和 答案　ABC 解析　笔套与头发摩擦后，摩擦使笔套带电，故A正确； 带电的笔套靠近圆环，圆环上、下感应出异种电荷，故B正确； 当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，则圆环所受吸引力大于圆环的重力，使其产生向上的加速度，故C正确； 摩擦使笔套带电，但圆环不带电，笔套碰到圆环后，笔套的一部分电荷转移到圆环，但由于总体来说仍带电荷，故没有全部被中和，故D错误。 例3　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，先让开关S1、S2均断开，将一个带正电小球C放置在A左侧，则以下判断正确的是(　　) A．小球靠近A后，A左端带电荷量与B右端带同种电荷 B．只闭合S1，则A左端不带电，B右端带负电 C．只闭合S2，则B右端不带电，A左端带负电 D．只闭合S2，接着移走带电小球C，最后将A、B分开，A带负电 答案　C 解析　当开关S1、S2均断开，带电小球C放置在靠近A左侧时，由于静电感应，A左端带有负电荷，B右端带有正电荷，故A错误；当闭合任意一个开关时，B右端带的正电荷会被大地中的负电荷中和，所以B右端不再带有电荷，A左端带负电，故B错误，C正确；接着移走带电小球C，负电荷流向大地，结果是A、B都不带电，故D错误。 1．感应出异种电荷 步骤 图示(以C带正电为例) ①使带电体C靠近接触的两导体A、B ②保持C不动，用绝缘工具分开A、B ③移走C，两导体A、B分别带上电性相反的电荷 2.感应出同种电荷 步骤 图示(以C带正电为例) ①使带电体C靠近接触的两导体A、B ②保持C不动，让导体A或导体B接地 ③断开接地开关，移走C，分开A、B，两导体带上电性相同的电荷 二、元电荷 1．电荷量 (1)概念：物体所带电荷数量的多少叫作电荷量，简称电量。 (2)单位：库仑，简称库，符号是C。 2．电子带有最少的负电荷，质子带有最少的正电荷，它们的电量的绝对值相等。电子的电量最早是由密立根通过油滴实验测定的。该实验还发现，任何油滴所带的电量都等于电子或质子所带电量的整数倍。 3．元电荷：一个电子(或质子)所带电量的绝对值叫作元电荷，用e表示。e＝1.60×10－19_C。 4．电子的比荷：电子的电量e与电子的质量me之比，叫作电子的比荷。 (1)所有带电体的电量都是元电荷的整数倍。(　√　) (2)元电荷是实际粒子，比如电子和质子。(　×　) (3)元电荷表示最小的电量，没有正负。(　√　) 三、电荷守恒定律　静电现象的解释 步骤①：手持有机玻璃棒，用力将两块由不同材料制成的起电板快速地摩擦后分开，如图甲所示。 步骤②：将其中一块板插入箔片验电器上端的空心金属球(注意不要接触金属球)，如图乙所示，我们可以观察到什么现象？ 步骤③：接着抽出这块板，再将两块板互不接触地同时插入空心金属球(同样不接触金属球)，如图丙所示，我们可以观察到什么现象？ 请解释实验中所发生的现象。 答案　步骤②实验现象：金属箔片张开，说明板带电。产生原因：金属球与箔片组成的整体发生静电感应现象。 步骤③实验现象：金属箔片不张开，说明两板带等量异种电荷，净电荷量为零。 1．原子的结构和起电本质 (1)原子的结构：原子由原子核和绕核运动的电子组成，原子核带正电，核外电子带负电。原子核的正电荷数与核外电子的负电荷数相等，因此整个原子呈电中性。 (2)物体起电的本质：物体带电的过程实际是得失电子的过程，从而使物体内的正电荷数与负电荷数不再相等。物体失去电子带正电，得到电子带负电。 2．电荷守恒定律 (1)内容：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到其他物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。在任何转移的过程中，电荷的总量保持不变。 (2)另一种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。 3．三种起电方式的比较 摩擦起电 接触起电 感应起电 产生条件 两个不同材料的物体摩擦 导体与带电导体接触 导体靠近带电体 现象 两物体带上等量异种电荷 导体带上与带电导体相同电性的电荷 导体两端出现等量异种电荷，且电性与原带电体“近异远同” 原因 摩擦使电子获得能量，实现电子的转移 自由电子在带电导体与导体之间发生转移 导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离) 实质 电子在物体之间或物体内部的转移 (1)两个原来不带电的物体通过相互摩擦带电，说明它们电荷的总量增加。(　×　) (2)所谓“电荷的中和”是正、负电荷一起消失了。(　×　) (3)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。(　×　) (4)两种不同物质组成的物体相互摩擦使物体带电，是由于两物体的原子核对核外电子的束缚能力不同。(　√　) (5)感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程。(　√　) 例4　(多选)(2023·清远市高二月考)M和N是两个都不带电的物体，它们互相摩擦后，M带电荷＋3.2×10－9 C，下列判断正确的有(　　) A．在摩擦前M和N的内部都没有任何电荷 B．摩擦过程中电子从M转移到N C．N在摩擦后一定带电荷－3.2×10－9 C D．M在摩擦过程中失去2×1010个电子 答案　BCD 解析　在摩擦前，物体内部存在着等量的异种电荷，对外不显电性，选项A错误； M失去电子带正电，N得到电子带负电，所以电子是从M转移到N，选项B正确； 在摩擦起电过程中，得失电子数目是相等的，根据电荷守恒定律，M带正电荷，电荷量为＋3.2×10－9 C，则N一定带负电荷，电荷量为－3.2×10－9 C，选项C正确； M失去的电子数n＝＝个＝2×1010个，选项D正确。 例5　完全相同的两金属小球A、B所带电量大小相等，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，接触后两球带电量大小之比为多大？ (2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球带电量大小之比为多大？ 答案　(1)2∶3　(2)2∶1 解析　(1)设A、B带电量均为q，则A、C接触后，A、C带电量为qA1＝qC1＝q C与B接触后，B、C带电量为 qB1＝qC2＝＝q 故A、B带电量大小之比为＝＝。 (2)设A带正电荷，B带负电荷，且所带电量大小均为Q。 则C与A接触后，A、C带电量为 QA＝QC＝＋Q C与B接触后，B、C带电量为 QB＝QC′＝＝－Q 故A、B带电量大小之比为＝＝。 接触起电时电荷量的分配规律 1．导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。 2．当两个完全相同的金属球接触后，电荷量将平均分配。 (1)若仅有一个金属球最初带电，接触后电荷量均分；(2)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；(3)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] 1～7题每题8分，共56分 考点一　各种起电方式 1．(多选)(2024·江门市高二期末)当用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近验电器的金属球后，金属箔片张开。此时，金属箔片所带电荷的电性和起电方式是(　　) A．正电荷 B．负电荷 C．感应起电 D．接触起电 答案　AC 解析　丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，靠近验电器的金属球后，由于感应起电，验电器的金属球带负电，远端的金属箔片带正电。故选A、C。 2.用带正电的小球靠近不带电验电器的金属球，结果验电器的金属箔张开，如图甲所示；用带正电的小球接触不带电验电器的金属球，结果验电器的金属箔也张开，如图乙所示。关于甲、乙两验电器金属箔带电情况。下列说法正确的是(　　) A．图甲中，带正电小球靠近验电器上面的金属球时，验电器的金属球带正电 B．图甲中，带正电小球靠近验电器上面的金属球时，验电器的金属箔片带负电 C．图乙中，带正电小球接触验电器金属球，与金属球相连的两个金属箔片带正电 D．图乙中，带正电小球接触验电器金属球，与金属球相连的两个金属箔片带负电 答案　C 解析　题图甲中，验电器本来不带电，由于异种电荷相互吸引，带正电的小球靠近验电器的金属球时，发生静电感应使得金属球带负电荷，从而导致金属箔带上正电荷；题图乙中，用带正电的小球接触不带电验电器的金属球，这时验电器无论是金属球还是金属箔都带上了正电荷，因此C正确，A、B、D错误。 3.(2023·广州市四十七中高二期中)如图所示，取一对用绝缘柱支撑的不带电导体A和B，使它们彼此接触，小明用绝缘棒把带正电荷的物体C移近导体A，发现贴在A、B下部的金属箔都张开，下列说法正确的是(　　) A．此时A和B都带正电荷 B．此时A带正电荷，B带负电荷 C．若导体A与大地通过导线相连接，最终A带负电 D．若导体B与大地通过导线相连接，最终A带正电 答案　C 解析　带正电的物体C靠近A时，由于静电感应，A端带上负电，B端带上正电，所以金属箔都张开，故A、B错误；若导体A与大地通过导线相连接，远端为大地，近端为A，则A带负电，故C正确；若导体B与大地通过导线相连接，远端为大地，近端为A，则A带负电，故D错误。 考点二　元电荷　电荷守恒定律 4．元电荷是(　　) A．质子的带电量 B．质子 C．电子 D．中子 答案　A 解析　元电荷是电子或质子所带的电荷量，不是实物粒子，故A正确。 5．(2023·广州市高二月考)下列关于起电的说法错误的是(　　) A．不管是何种起电方式，都要遵循电荷守恒定律 B．摩擦起电时，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电 C．摩擦和感应都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分 D．物体带电量不可能是4.0×10－17 C 答案　D 解析　不管是何种起电方式，都要遵循电荷守恒定律，选项A正确，不符合题意； 摩擦起电时，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电，选项B正确，不符合题意； 摩擦和感应都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分，选项C正确，不符合题意； 因为＝250，则物体带电量可能是4.0×10－17 C，选项D错误，符合题意。 6．(2024·广州市高二期末)对物体带电现象的叙述，正确的是(　　) A．不带电的物体一定没有电荷 B．摩擦起电现象使本没有电子和质子的物体产生了电子和质子 C．摩擦起电可能是摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的 D．一根带电的导体棒放在潮湿的房间，过了一段时间后，发现导体棒不带电了，这个过程电荷仍然是守恒的 答案　D 解析　不带电的物体可能带有等量的正电荷和负电荷，对外显示不带电，故A错误； 摩擦起电实际上是电子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物体的另一部分的过程，故B、C错误； 一根带电的导体棒放在潮湿的房间一段时间后，发现导体棒不带电了，是因为电荷被中和了，但电荷仍然守恒，故D正确。 7．(2023·广州市高二期末)导体A带6q的正电荷，另一完全相同的导体B带－4q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则导体B的带电荷量为(　　) A．－q B．q C．2q D．4q 答案　B 解析　两个导体接触后先进行电荷中和，然后再重新分配电荷量，又因为两个导体完全一样，所以遵循平均分配原则，故最后两导体带上了相等的电荷量Q＝＝q。故选B。 8～11题每题8分，共32分 8．(2023·潮州市高二期中)M和N是两个不带电的物体，它们互相摩擦后，M带1.6×10－10 C的正电荷，下列判断正确的有(　　) A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷 B．摩擦的过程中正电荷从M转移到N C．N在摩擦后一定带负电1.6×10－10 C D．M在摩擦过程中失去1.6×10－10个电子 答案　C 解析　摩擦起电的实质是电子的转移，说明在摩擦前M、N内部都有电荷，A错误；互相摩擦后M带1.6×10－10 C的正电荷，故应该是M上的电子转移到N上，B错误；N原来是电中性，摩擦后M上1.6×10－10 C的电子转移到N上，故N在摩擦后一定带1.6×10－10 C的负电荷，C正确；M在摩擦过程中失去的电子数为n＝＝109个，D错误。 9.如图所示，某同学在用毛皮摩擦过的PVC管靠近一细水流，发现细水流向靠近PVC管的方向偏转，下列说法正确的是(　　) A．加速摩擦可以创造更多电荷 B．下雨天，实验效果会更明显 C．PVC管所带的电量一定是元电荷e的整数倍 D．用丝绸摩擦过的玻璃棒代替本实验的PVC管，细水流会向远离玻璃棒的方向偏转 答案　C 解析　摩擦只能转移电荷，不能创造电荷，A错误；下雨天，空气潮湿，PVC管不容易积累电荷，对细水流的偏转会有着一定的影响，实验效果会不明显，B错误；所有带电体所带电量一定为元电荷的整数倍，C正确；用丝绸摩擦过的玻璃棒会带正电，毛皮摩擦过的PVC管带负电，虽然二者带电种类不同，但细水流依旧会向靠近玻璃棒方向偏转，D错误。 10．(多选)甲、乙、丙三个物体最初均不带电，乙、丙是完全相同的导体，现将甲、乙两个物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体所带电荷量为＋1.6×10－15 C，则对于乙、丙两个物体最后的带电情况，下列说法中正确的是(　　) A．乙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的负电荷 B．乙物体可能带有电荷量为2.4×10－15 C的负电荷 C．丙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的正电荷 D．丙物体一定带有电荷量为8×10－16 C的负电荷 答案　AD 解析　甲、乙、丙三个物体原来都不带电，甲、乙两个物体相互摩擦导致甲物体失去电子而带1.6×10－15 C的正电荷，乙物体得到电子而带1.6×10－15 C的负电荷；乙物体与不带电的丙物体相接触，由于乙、丙两物体完全相同，故可知乙、丙两物体带等量负电荷，由电荷守恒定律可知乙、丙两物体最终所带电荷量均为8×10－16 C，A、D正确。 11.(多选)如图所示为科技馆里一个趣味体验项目的简化图，核心装置为一个金属球，在干燥的空气里，体验者双脚站在绝缘凳上，右手按在金属球上，并远离周围其他物体。一条特殊传送带(图中未画出)给金属球不断地输送电荷，过一段时间后，体验者的头发便会四处散开，甚至倒立，在此状态下，下列分析正确的是(　　) A．若用左手也去摸金属球，会被电击 B．若用左手与旁边的观众握手，会被电击 C．若右手离开金属球，则头发会立刻恢复常态 D．若右手离开金属球而且走下绝缘凳，头发会立刻恢复常态 答案　BD 解析　若用左手也去摸金属球，不会有电流产生，不会被电击，选项A错误；若用左手与旁边的观众握手，会发生持续放电现象而被电击，选项B正确；若右手离开金属球，电荷不会转移，则头发仍然四处散开，选项C错误；若右手离开金属球而且走下绝缘凳，则电荷将进入大地，人体将不再带电，头发会立刻恢复常态，选项D正确。 (12分) 12．(多选)已知验电器带上正电荷后，验电器上的金属箔片张开了一定角度，下列说法正确的是(　　) A．如果用另一带电体接触验电器的金属球，金属箔片张角立即变大，则可以判定带电体一定带正电 B．如果用另一带电体接触验电器的金属球，金属箔片张角变小，则可以判定带电体一定带负电 C．如果用另一带电体接触验电器的金属球，金属箔片张角先变小后变大，则可以判定带电体一定带负电 D．如果用另一导体靠近验电器的金属球，金属箔片张角变小，则可以判定导体一定带负电 答案　AC 解析　验电器带正电荷后，验电器上的金属箔片张开一定角度，如果用另一个带电体接触验电器的金属球，金属箔片张角立即变大，说明金属箔片所带电荷量变大，则带电体一定带正电，故A正确；如果用另一带电体接触验电器的金属球，金属箔片张角变小，则带电体可能带负电，也可能带正电(电荷量较小)，故B错误；如果用另一带电体接触验电器的金属球，金属箔片张角先变小后变大，则可以判定带电体带负电，接触时电荷先中和后重新分配，故C正确；如果用另一导体靠近验电器的金属球，金属箔片张角变小，则导体可能带负电，也可能不带电，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $