学年高中物理第1章静电场第1节静电现象及其微观解释教学案鲁科版选修31.docx
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学年高中物理第1章静电场第1节静电现象及其微观解释教学案鲁科版选修31
第1节静电现象及其微观解释
1.自然界中有两种电荷,富兰克林把它们命名为正、负电荷,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
2.使物体带电的三种方式:
摩擦起电、接触起电、感应起电。
任何方式起电的实质都是电荷的转移,起电的过程中遵循电荷守恒定律。
3.电子或质子所带的电荷量是最小的电荷量,这个电荷量叫元电荷,e=1.6×10-19C。
4.两个完全相同的带电小球,其电荷量为q1、q2,则接触后带电的原则是先中和后平分,每个小球的电荷量为,q1、q2包含了电性。
一、静电的产生
1.三种起电方式
(1)摩擦起电:
通过摩擦的方式使物体带电。
(2)接触起电:
通过与带电体接触的方式使物体带电。
(3)感应起电:
通过静电感应使物体带电。
2.两种电荷及其相互作用
(1)两种电荷:
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)相互作用:
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
3.静电感应:
导体因受附近带电体的影响而带电的现象。
二、原子结构与电荷守恒
1.原子结构
如图111所示
图111
原子
2.电荷守恒定律
电荷既不能创造,也不能消灭,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。
在任何转移的过程中,电荷的总量不变。
3.物体带电的实质
物体带电的实质是电子的转移。
4.元电荷
(1)电荷的多少叫电荷量,其单位是“库仑”,简称“库”,用C表示。
(2)最小的电荷量叫元电荷,用e表示,则e=1.60×10-19C。
(3)对元电荷的三点理解:
a.元电荷没有正、负之分,也不是实物粒子;b.质子及电子所带电荷量的绝对值与元电荷相等,但不能说它们是元电荷;c.电荷量不能连续变化,自然界中带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍。
三、静电的应用与防护
1.静电的应用
(1)原理:
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,利用静电力控制带电粒子的运动或分布。
(2)应用:
静电应用有激光打印、静电喷雾、静电除尘、静电喷涂等。
2.静电的防护
(1)静电危害产生原因:
静电力和静电火花。
(2)防护方法:
尽快把静电导走,如印刷车间内保持适当的湿度,传送带上镀银,油罐车车尾拖地铁链等。
1.自主思考——判一判
(1)只有导体才能发生感应起电。
(√)
(2)两个物体之间或物体的各部分之间能转移的是电子和正电荷。
(×)
(3)电荷的中和现象实质是正、负电荷的结合过程。
(√)
(4)在电荷转移和重新分配的过程中,对整个系统而言,电荷是守恒的。
(√)
(5)室内栽花种草可有效防止静电。
(√)
(6)家用电器上的接地线能防止静电危害。
(√)
2.合作探究——议一议
(1)一般情况下物体不带电,不带电的物体内是否存在电荷?
[提示] 不带电的物体内存在电荷,且存在等量的正、负电荷,在物体内中和,对外不显电性。
(2)电子、质子是元电荷吗?
[提示] 不是。
元电荷是最小的带电单位,没有正、负,不是带电粒子。
虽然电子、质子所带电荷量的绝对值与元电荷相等,但电子、质子是实实在在的粒子,不是元电荷。
(3)运输易燃易爆品的油罐车为何总有根金属链拖在地上?
[提示] 汽车行驶时,油和油罐摩擦起电,电荷聚积到一定程度会火花放电引起火灾,用铁链将电荷及时导入大地,避免火灾。
三种起电方式的对比
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生及条件
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时
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”
导体带上与带电导体电性相同的电荷
原因
不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而发生电子得失
导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)
电荷之间的相互作用
实质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移
[典例] 如图112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( )
图112
A.把C移近导体A时,A、B上的金属箔片都不张开
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.先把A、B分开,再把C移走,然后重新让A、B接触,A上的金属箔片张开,而B上的金属箔片闭合
[思路点拨]
C移近时→A、B端电荷分布→
[解析]
(1)C移近A时,带正电的小球C对A、B内的电荷有力的作用,使A、B中的自由电子向左移动,使得A端积累了负电荷,B端积累了正电荷,其下部贴有的金属箔片,也分别带上了与A、B同种性质的电荷。
由于同种电荷间的斥力,所以金属箔片都张开,A错误。
(2)C靠近后保持不动,把A、B分开,A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和,因而A、B仍带等量的异种感应电荷,此时即使再移走C,因A、B已经绝缘,所带电荷量也不会变,金属箔片仍张开,B正确。
(3)先移走C,再把A、B分开,A、B上的感应电荷会马上在其相互之间的引力作用下吸引中和,不再带电,所以箔片都不会张开,C错。
(4)先把A、B分开,再移走C,A、B仍然带电,但重新让A、B接触后,A、B上的感应电荷完全中和,箔片都不会张开,D错。
[答案] B
感应起电的判断方法
(1)带电体靠近导体时,靠近带电体的近端带异种电荷,远离带电体的远端带同种电荷。
(2)凡遇到接地问题时,该导体与地球组成一个导体,则该导体为近端物体,带异种电荷,地球为远端物体,带同种电荷。
1.M和N是两个都不带电的物体。
它们互相摩擦后,M带正电荷1.60×10-19C,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.摩擦过程中电子从N转移到M
C.N在摩擦后一定带负电荷1.60×10-19C
D.N在摩擦过程中失去1.60×10-19C个电子
解析:
选C M和N相互摩擦,M带正电是因为M对核外电子的束缚能力小而失去核外电子的结果;由于电荷守恒,故N一定带等量负电荷,选项C正确。
2.使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的箔片张开。
下图中表示验电器上感应电荷的分布情况,正确的是( )
解析:
选B 带电的金属球靠近不带电的验电器时,在验电器上感应出异种电荷,使验电器的顶端带上了异种电荷,金属箔片带上了同种电荷。
3.如图113所示,把一个不带电的枕形导体靠近带正电的小球,闭合S1或S2,由于静电感应,枕形导体两端带上异种电荷,则以下说法正确的是( )
图113
A.闭合S1,有电子从枕形导体流向大地
B.闭合S2,有电子从枕形导体流向大地
C.闭合S1,有电子从大地流向枕形导体
D.闭合S2,没有电子通过S2
解析:
选C 在S1、S2都闭合前,对于枕形导体,它的电荷是守恒的,a、b出现的负、正电荷等量。
当闭合S1、S2中的任何一个以后,便把导体与大地连通,使大地也参与了电荷转移。
因此,导体本身的电荷不再守恒,而是导体与大地构成的系统电荷守恒。
由于静电感应,a端仍为负电荷,大地远处感应出等量的正电荷,因此,无论闭合S1还是S2都有电子从大地流向导体,故选C。
电荷守恒定律的应用
1.如何深刻理解电荷守恒定律?
(1)“中性”“中和”的本质
电中性的物体是有电荷存在的,只是代数和为0,对外不显电性;电荷的中和是指电荷的种类、数量达到异号、等量时,正负电荷代数和为0。
(2)“总量”含义:
指电荷的代数和。
(3)起电过程中电荷变化
不论哪一种起电过程都没有创造电荷,也没有消灭电荷。
本质都是电荷发生了转移,也就是物体所带电荷的重新分配。
(4)守恒的广泛性
电荷守恒定律与能量守恒定律一样,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,涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵循的规律。
2.完全相同的导体球接触带电时电量如何分配?
形状、大小都相同的导体接触时会将电荷量平分。
(1)用带电量为Q的金属球与不带电的金属球接触,每个小球带电量均为Q/2,且所带电荷的性质相同。
(2)用带电量为Q1的金属球与带电量为Q2的金属球接触,若两球带同种电荷,则每个小球所带电量为总电量的一半。
若两球带异种电荷,则先中和相同量的异号电荷,然后平分剩余电荷。
1.(多选)原来甲、乙、丙三物体都不带电,今使甲、乙两物体相互摩擦后,乙物体再与丙物体接触,最后,得知甲物体带正电荷1.6×10-15C,丙物体带电荷量的大小为8×10-16C。
则对于最后乙、丙两物体的带电情况,下列说法中正确的是( )
A.乙物体一定带有负电荷8×10-16C
B.乙物体可能带有负电荷2.4×10-15C
C.丙物体一定带有正电荷8×10-16C
D.丙物体一定带有负电荷8×10-16C
解析:
选AD 由于甲、乙、丙原来都不带电,即都没有净电荷,甲、乙摩擦导致甲失去电子带1.6×10-15C的正电荷,乙物体得到电子而带1.6×10-15C的负电荷;乙物体与不带电的丙物体相接触,从而使一部分负电荷转移到丙物体上,故可知乙、丙两物体都带负电荷,由电荷守恒可知乙最终所带负电荷为1.6×10-15C-8×10-16C=8×10-16C,故A、D正确。
2.有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B,分别带有电荷量QA=6.4×10-9C,QB=-3.2×10-9C,让两绝缘金属球接触。
在接触后,A、B带电荷量各是多少?
此过程中电荷发生了怎样的转移,转移了多少?
解析:
当两球接触时,带电荷量少的负电荷先被中和,剩余的正电荷再重新分配。
由于两球相同,剩余正电荷必均分,即接触后两球带电荷量QA′=QB′==C=1.6×10-9C。
在接触过程中,电子由B球转移到A球,不仅将自身电荷中和,且继续转移,使B球带QB′的正电荷。
这样,共转移的电子电荷量为:
ΔQ=QB-QB′=(-3.2×10-9-1.6×10-9)C=-4.8×10-9C。
答案:
均为1.6×10-9C 电子由B球转移到了A球,转移了-4.8×10-9C
1.下列说法中错误的是( )
A.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电
B.用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电
C.摩擦起电就是因摩擦而创造了电荷
D.摩擦起电是因为电子从一个物体转移到另一个物体
解析:
选C 丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,这是两种典型的摩擦起电,选项A、B正确。
因为电荷既不能创造,也不能消灭,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,所以任何起电方式的本质都是使电荷发生转移,不可能创造电荷,选项C错误,选项D正确。
2.下列说法正确的是( )
A.物体所带的电荷量可以为任意实数
B.不带电的物体上,既没有正电荷也没有负电荷
C.摩擦起电过程,是靠摩擦产生了电荷
D.利用静电感应使金属导体带电,实质上是导体中的自由电子趋向或远离带电体
解析:
选D 自然界中的电荷量不是任意无限可分的,其最小单位为元电荷所带的电荷量1.60×10-19C,故选项A错误;物体不带电,是由于其内部正、负电荷的量值相等,对外不显电性,故选项B错误;电荷既不能创造,也不能消灭,摩擦起电同样不能创造电荷,是一个物体失去电子、另一个物体得到电子的过程,选项C错误;自由电子是金属导体中的自由电荷,在带电体的作用下,导体中的自由电子会趋向或远离带电体,使导体两端带等量异种电荷,选项D正确。
3.(多选)关于元电荷的下列说法中正确的是( )
A.元电荷实质上是指电子和质子本身
B.所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍
C.元电荷的值通常取e=1.60×10-19
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- 学年 高中物理 静电场 静电 现象 及其 微观 解释 教学 案鲁科版 选修 31