1.1 静电的产生及其微观解释 课件-2026-2027学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

第1章 静电力与电场强度 1 静电的产生及其微观解释 山东科学技术出版社 普通高中教科书·物理 必修 第三册 电与磁在生活中的应用几乎无处不在，今天我们从最常见的静电现象开始，一起打开电学的大门。 华为Mate系列AI隔空操控 首先请大家观看一段华为mate系列手机的广告，AI隔空操控让手机操作更加自由，这一功能的实现背后是什么原理呢？通过本节课的学习，我们就能够揭开隔空操控的神秘面纱了。那么请同学们想一想，生活中有哪些现象与静电有关呢？ 静电现象的发现 东汉时期，我国学者王充以"元气自然论"解释“顿牟掇芥”现象，体现其朴素的唯物主义思想。 公元前600年左右，古希腊哲学家泰勒斯就发现摩擦过的琥珀吸引轻小物体。 其实，早在公元前600年左右，古希腊学者泰勒斯就注意到了静电现象，让我们来听听他的发现吧！泰勒斯的研究停留在了记录现象层面，然而东汉时期我国学者王充则试图解释这一现象。 当时很多人都用阴阳玄学来解释自然现象，但王充不一样，他坚持用"元气自然论"这种朴素的唯物主义观点来说明问题。在他看来，像玳瑁吸草芥这种现象，根本不是什么神秘力量，而是物质本身固有的物理特性导致的，他这种实事求是的态度，在当时迷信盛行的年代显得格外清醒。 两种电荷的发现 16世纪英国科学家吉尔伯特创造了英语中的“electricity”（电）这个词。 18世纪，美国科学家富兰克林发现雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相同，并命名了正电荷和负电荷。 一千多年后，英国科学家吉尔伯特创造出了英语中的电这个词，这一广泛的自然现象终于有了准确的描述。18世纪，富兰克林通过实验，用风筝线发现了雷电与摩擦产生的电的性质完全相同，并命名了正电荷与负电荷，自然界的电荷只有两种。 电荷 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 1、正电荷： 用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为正电荷 2、负电荷： 用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷规定为负电荷 怎样描述电荷的多少？ 电荷量 1.定义：电荷的多少叫电荷量, 用Q或q表示 3.标量性： 正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值 2.国际单位：库仑，简称库，符号：C 正负不代表大小，只表示电性 这就需要引入一个新的物理量——电荷量。我们把电荷的多少成为电荷量。用字母Q来表示电荷量。在国际单位制中，电荷量的国际单位是库仑，简称库，用大写字母C表示。 分组实验: 探究摩擦起电的微观本质 1.分组实验，利用静电实验盒中的器材设计并进行实验、记录实验现象，以达成以下实验目的： （1）获得正电荷和负电荷 （2）验证电荷间相互作用规律 2.结合原子结构的特点，思考： 为什么摩擦能让橡胶棒带负电、玻璃棒带正电？ 不同物质的原子核对电子的束缚能力不同而发生电子的得失 3.分组实验后我们会请两个小组派代表将你们的实验设计分享给大家。4.李佳回答。 摩擦起电及其本质 摩擦过程中，由于摩擦力做功，（对电子的束缚能力弱的）物体中某些原子的电子获得了能量，挣脱了原子核的束缚，失去电子带正电。 （对电子的束缚能力强的）物体得到电子带负电。 本质：电子的转移 摩擦起电的本质就是电子从一个物体转移到了另一个物体上，失电子的物体带正电，得电子的物体带负电。 接触起电及其本质 接触后 再分开 接触后 先中和再分开 把带电体与中性导体接触，使中性导体带电的过程，叫做接触起电 本质：电子的转移 若不受外界影响，两个完全相同的导体,接触后再分开,二者将原来所带电量的总和平均分配 利用电荷间相互作用规律，我们可以通过静电计来粗略测量物体所带电荷量的多少。静电计的金属杆上端连接一个金属球，下端悬挂轻质金属指针。当我用毛皮摩擦过的橡胶棒接触金属球时，会发生怎样的现象呢？注意看！ 请同学们思考，指针为什么会偏转？郑富成回答。 分组实验: 探究感应起电的微观本质 1.分组实验，用带电的玻璃棒或橡胶棒，靠近但不接触验电器的金属球，观察金属箔片发生了怎样的变化？ 2.结合电荷间相互作用规律，解释验电器为什么带电？ 3.感应电荷的分布有何特点? 近异远同 箔片张开一定角度 导体中的自由电子受带正（负）电物体吸引（排斥）而靠近（远离） 3.分组实验后我们会请两个小组派代表将你们的实验设计分享给大家。4.李佳回答。 感应起电及其本质 当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使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。这种现象叫做静电感应。 利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。 本质：电子的转移 感应起电并没有产生新的电荷，而是在带电体的作用下，导体上的电荷从导体的一部分转移到了另一部分。 摩擦起电与接触起电都需要两个物体相互接触，那么如果带电体靠近但不接触静电计，能否让静电计带电呢？请同学们用手边的验电器尝试一下，我们一会儿请一位代表上台演示一下。（1分半）利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电，范氏起电机就是感应起电的典型应用。感应起电并没有产生新的电荷，而是在带电体的作用下，导体上的电荷从导体的一部分转移到了另一部分。 把带正电的球形导体C移近枕形导体A，有何现象？ 现在我们基本了解了静电感应的原理，下面请同学们观看视频，试着用静电感应解释视频中的现象。 先把枕形导体A和B分开，再移去球形导体C，有何现象？ 枕形导体A和B重新接触，有何现象？ 这说明枕形导体A与枕形导体B所携带的电荷电性？电荷量？那么能否利用静电感应设计实验，让枕形导体AB感应出同种电荷呢？这个问题留给同学们课下去研究。 三种起电方式的比较 起电方式 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生 条件 一般是两不同 绝缘体摩擦时 导体靠近带电体时 导体与带电导体接触 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” 导体上带上与带电体相同电性的电荷 原因 原子核对电子束缚力弱的物体失去电子，强的得到电子 导体中的自由电子在电荷间力的作用下，从物体的一端转移到另一端 在电荷间力的作用下，自由电子从一个物体转移到另一个物体 本质 均为电子在物体之间或物体内部的转移 现在我们知道了，摩擦起电、感应起电、接触起电的本质是电子在物体之间或物体内部的转移，失电子的物体带正电，得电子的物体带负电。 电荷守恒定律 对比以上三种起电方式我们发现，无论是摩擦起电、接触起电还是感应起电都没有创造电荷，只是电荷的分布发生了变化。 追寻守恒量是物理学研究物质世界的重要方法之一，它常使人们揭示出隐藏在物理现象背后的客观规律。那么，电荷是否也满足某种守恒的规律呢？ 这三种起电方式都没有创造电荷，只是电荷的分布发生了变化。 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。 + + + + 电荷守恒定律是自然界重要的基本规律之一 大量实验事实表明，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。这个结论叫作电荷守恒定律。既然电荷总量守恒，物体带电的本质又是电子转移，因此物体所带的电荷量是电子所带电量的整数倍。最小电荷量就是电子所带的电荷量，我们把它称为元电荷。 元电荷 1.定义：最小的电荷量 一个电子或质子所带电量绝对值等于元电荷。它的数值最早是由美国科学家密立根测定的。在计算中，元电荷e的值可取 2.所有带电体的电荷量都是e的整数倍，即q=ne（n为整数）。 电荷量是不能连续变化的物理量 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（elementary charge），用 e 表示。实验还发现，所有带电体的电荷量都是 e 的整数倍。这就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。元电荷e的数值，最早是由美国物理学家密立根测得的，他因此获得诺贝尔物理学奖。在计算中元电荷e的值可取。 学以致用 1.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 √ 接下来我们利用今天所学的知识来解决几个具体问题。 学以致用 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 √ 学以致用 3.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 √ 静电感应的应用——非接触式手势操控 手势触发 静电感应 产生电信号 实现操控 那么回到我们开头所提出的那个问题，手机隔空操控的原理是什么呢？简单来说，用户的手势运动使得带有静电的薄膜做周期性振动或位移，当薄膜靠近电极时，电极感应出异种电荷；而当薄膜远离电极时，静电感应减弱，电极的电荷减少；随着薄膜的再次靠近，电极感应出越来越多的异种电荷。这样就能输送出稳定的交变电信号，从而实现隔空手势操控。这也是静电感应在现代生活中的应用。也希望同学们能够将知识应用到生活中去，努力提升自己的本领，为推进我国的科技进步做出自己的贡献。 课堂小结 静电的产生 及其微观解释 静电的产生 产生静电的 微观解释 电荷 三种起电方式 电荷守恒定律 摩擦起电的实质 接触起电的实质 感应起电的实质 本节课我们学习了静电的产生以及三种起电方式的微观本质。 作业 1.基础性作业：学案T1-7 2.拓展性作业： 小组合作，准备以下材料，试着制作两个简易验电器，进行感应起电实验： 带塑料盖的玻璃瓶两套、铜丝若干、铝箔若干、pvc塑料管1个 课下请同学们完成以下作业，下课！！！ Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.64 Lavf58.28.100 $