2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第2讲-静电现象 元电荷（学案）

     人类对电的认识是从静电开始的。对静电现象的发现和认识，和西方一样，我国也是很早的。

西汉末年的《春秋纬·考异邮》中就有“（玳）瑁吸芥”的记载。王充的《论衡·乱龙篇》中有进一步的记载：“顿牟（即玳瑁）掇芥，磁石引针，皆以其真是，不假他类。他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。”意思是在说，经过摩擦了的玳瑁（琥珀）能吸引芥籽，磁石能吸引钢针，这是因为它们之间的“气性”相同，能相互感动；其他看起来与芥籽、钢针相似的东西，但因与玳瑁、磁石的“气性”不同，所以不能相互感动。东晋的《山海经图赞》中，也有类似的记载，即“慈石吸铁，玳瑁取芥，气有潜感，数有冥会。“也把静电和静磁并列，同时认为是某种“数”在起作用。西晋时张华（232—300）撰写的《博物志》中有这样的记载：“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声。”意思是说梳头、穿脱衣服时，常发生摩擦起电，有时还能看到小火星和听到微弱的响声。

古希腊是西方电磁学的发源地。在古希腊的文献中记载了一些电磁现象。柏拉图（前427—前347）曾提到“关于琥珀和磁石的吸引是观察到的奇事”。表明公元前三百多年古希腊人就发现了琥珀吸引小物体的现象。琥珀是松柏类植物的树脂流入地下后而成的化石，多为具有黄色光泽的透明固体，古希腊人习惯把琥珀当作高贵的装饰品，经常带在身上，这样就容易发现它有吸引轻小物体的现象。

2500年前左右，古希腊哲学家塔勒斯在研究天然磁石的磁性时发现用丝绸、法兰绒摩擦琥珀之后也有类似于磁石能吸引轻小物体的性质。所以，塔勒斯成为有历史记载的第一个静电实验者。

静电，就是一种处于静止状态的电荷或者说不流动的电荷（流动的电荷就形成了电流）。当电荷聚集在某个物体上或表面时就形成了静电。

静电现象：带电体能够吸引轻小物体的现象。

教学建议：这部分内容比较简单，内容比较琐碎，也是初三学过的内容，可以通过问答的方式来回顾和学习。点电荷和试探电荷为两个新的模型，可做重点讲解。

【知识梳理】

一、电荷、电荷量

1、两种电荷：自然界中存在着两种电荷，它们分别为        和        。

（1）负电荷是用       摩擦过的          上带的电荷；

（2）正电荷是用       摩擦过的          上带的电荷。

2、同种电荷相互        ，异种电荷相互        。

3、电荷量：电荷量是指          ，单位是    ，简称    ，符号是    。

（1）元电荷：元电荷是指       的电荷量。用e表示，e=1.60×10-19C

（2）单位电荷：单位电荷是指        的电荷量。

（3）点电荷：如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的           影响可忽略不计，可看成点电荷。点电荷是               ，实际不存在。

（4）电荷量是           (填：连续变化、不能连续变化)的物理量。

    （5） 试探电荷：带电荷量很小的点电荷，将试探电荷放入电场中时，原来的电场不会发生明显的变化

4、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消失，只能从          转移到           ，或者从           转移到        ；在转移过程中，电荷的总量保持不变。另一种表述：一个与外界没有     交换的系统，电荷的      总是         的。

【例题精讲】

【例1】用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒，都能吸引轻小物体，这是因为：（  ）

A、被摩擦过的玻璃棒和橡胶棒一定带上了电荷

B、被摩擦过的玻璃棒和橡胶棒一定带上了同种电荷

C、被吸引的轻小物体一定是带电体

D、被吸引的轻小物体一定不是带电体

【例2】关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法正确的是：（   ）

A、  摩擦起电现象说明了机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造电荷

B、  摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体

C、  感应起电说明电荷可以从物体的一个部分转移到物体另一个部分

D、  感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了

【例3】带电微粒所带的电荷量的值不可能的是下列的：（  ）

A、2.4×10-19C     B、－6.4×10-19C     C、－1.6×10-19C     D、4×10-17C

【巩固测试】

1、如图所示，当带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时，枕形导体上的电荷移动情况是：（  ）

A、枕形金属导体上的正电荷向B端移动，负电荷不移动

B、枕形金属导体上的带负电的电子向A端移动，正电荷不移动

C、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向B端和A端移动

D、枕形金属导体上的正、负电荷同时分别向A端和B端移动

2、大量事实说明：电荷既不能      ，也不能       ，只能从         转移到       ，或者从        转移到         。这个结论叫做电荷守恒定律。

3、绝缘细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的附近，有一个绝缘金属球b，开始a、b都不带电，如图所示，现在使a带电，则：（   ）

A、a、b之间不发生相互作用

B、b将吸引a，吸住后不放

C、b立即把a排斥开

D、b先吸引a，接触后又把a排斥开

4、在干燥的实验室里，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，丝绸带何种电荷呢？玻璃棒和丝绸带电的原因是什么？

二、静电的基本概念

1）、什么叫静电—即相对静止不动的电荷，通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。

2）、静电产生的原因：

根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。由于不同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。

三、产生静电的方法

       （1）、摩擦起电：用摩擦的方法使物体带    实质：电子的转移 

       （2）、接触起电   一个不带电的导体跟另一个带电体接触后分开,使不带电的导体带上电荷的方式.

       （3）、感应起电   把电荷移近不带电的异体，可以使导体带电的现象。利用静电感应使物体带电，叫做感应起电．

四、静电的利用和防范

1）、静电的利用：静电除尘，静电植绒，静电复印。

静电复印——激光打印机工作原理

激光打印机快速、高效，文本打印效果无出其右，如今，彩色激光打印机的图像输出效果也几近完美．但不象其它打印机的原理那么容易理解，大多数人对激光打印机的工作原理不甚了了，我们就介绍一下黑白激光打印机的工作原理。

当计算机通过电缆向打印机发送数据时，打印机首先将接收到的数据暂存在缓存中，当接收到一段完整的数据后，再发送给打印机的处理器，处理器将这些数据组织成可以驱动打印引擎动作的类似数据表的信号组，对于激光打印机而言，这个信号组就是驱动激光头工作的一组脉冲信号。

激光打印机的核心技术就是所谓的电子成像技术，这种技术融合了影像学与电子学的原理硒鼓以1/300英寸或1/600英寸的步幅转动，扫描又在接下来的一行进行。硒鼓是一只表面涂覆了有机材料的圆筒，预先带有电荷，当有光线照射时，受到照射的部位会发生电阻的变化．计算机所发送来的数据信号控制着激光的发射，扫描在和技术以生成图像，核心部件是一个可以感光的硒鼓。激光发射器所发射的激光照射在一个棱柱形反射镜上，随着反射镜的转动，光线从硒鼓的一端到另一端依次扫过（中途有各种聚焦透镜，使扫描到硒鼓表面的光点非常小），硒鼓表面的光线不断变化，有的地方受到照射，电阻变小，电荷消失，也有的地方没有光线射到，仍保留有电荷，最终，硒鼓表面就形成了由电荷组成的潜影。

墨粉是一种带电荷的细微塑料颗粒，其电荷与硒鼓表面的电荷极性相反，当带有电荷的硒鼓表面经过涂墨辊时，有电荷的部位就吸附了墨粉颗粒，潜影就变成了真正的影像。硒鼓转动的同时，另一组传动系统将打印纸送进来，经过一组电极，打印纸带上了与硒鼓表面极性相同但强得多的电荷，随后纸张经过带有墨粉的硒鼓，硒鼓表面的墨粉被吸引到打印纸上，图像就在纸张表面形成了。此时，墨粉和打印机仅仅是靠电荷的引力结合在一起，在打印纸被送出打印机之前，经过高温加热，塑料质的墨粉被熔化，在冷却过程中固着在纸张表面。

将墨粉传给打印纸之后，硒鼓表面继续旋转，经过一个清洁器，将剩余的墨粉去掉，以便进入下一个打印循环。

我们以在一张纸上打印字母 A 的过程为例来具体说明上述过程：首先，打印机接收到计算机打印数据以后，经自己的运算芯片运算，然后向激光头发送一组脉冲信号，例如，左图中用绿线标出的那一行的信号就类似右图所示（示意图）：

由脉冲信号操纵，激光束在扫描过硒鼓表面时有时发光，有时不发光。硒鼓表面是一层光敏材料，经电极作用预先带上了正电荷，这种材料在黑暗中有很高的电阻，当有光线照射时，电阻会急剧下降，表面的电荷也就经导电的内筒传导掉了，受到激光照射的部位没有电荷，而没有受到激光照射的部位仍带有正电荷， 这样，硒鼓表面就形成了由正电荷组成的文字潜影：

随后硒鼓表面经过一个墨粉施加辊，辊子上所带的墨粉颗粒带有负电荷，由于静电吸引，硒鼓上带有正电荷的部位就吸附了墨粉，成为黑色（当然，墨粉也可以是其它颜色的）

　　送纸系统将打印纸送进来从硒鼓表面经过，纸张经电极作用带上了很强的正电荷，这样，硒鼓上的墨粉就被吸附到纸张上：经加热墨粉在纸张表面固着，打印完成。

2）、静电的防止：1)保持空气湿度；2)使用避雷针；3)良好接地 等

【例题精讲】

例1、2003年，美国公布了涉及10多个待业的因静电造成的损失调查结果，平均每年的直接经济损失高达200多亿美元，相当于9·11恐怖事件对美国所造成的经济损失。也就是说静电使美国每年在经济损失上相当于发生一次9·11恐怖事件。试列举出防止静电的三个有效措施：                                      ，

                               ，                                  。

例2、静电复印是静电现象的一种应用，左图是一台复印机。其中心部件是一个硒鼓，硒在没有光照射时是很好的绝缘体，受到光照后会立刻变为导体。工作时，先将硒鼓接地，并充电使其表面带上正电荷，然后通过光学系统的工作，将原稿上的字迹投影在硒鼓表面，如右图所示，硒鼓上字迹的静电潜像是没有光照射到的地方，即原稿字迹的影，则硒鼓表面的带电情况是（         ）

A、静电潜像部分将保持正电荷，其余部分正电荷被导走

B、静电潜像部分将出现负电荷，其余部分正电荷被导走

C、静电潜像部分正电荷被导走，其余部分将保持正电荷

D、静电潜像部分正电荷被导走，其余部分将保持正电荷

【巩固测试】

1、静电喷涂的原理是使带         电的漆滴在          力的作用，喷向带     电的工件。优点是保护环境和                    。

2、有一质量很小的小球A，用绝缘细线悬挂着，当用毛皮摩擦过的硬橡胶棒B靠近它时，看到它们先互相吸引，接触后又互相排斥，则下列说法正确的是 （      ）

    A．接触前，A、B一定带异种电荷          B．接触前，A、B可能带异种电荷

    C．接触前，A球一定不带任何净电荷       D．接触后，A球一定带负电荷

3、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，贴在下部的金属箔是闭合的．

（1）把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？

（2）这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片又有什么变化？

（3）再让A和B接触，又会看到什么现象？

（4）再把带正电物体C和A接触，金属箔片又有什么变化？

对本次课所学内容进行检测

1、如图3所示，用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆b后拿开橡胶棒，这时验电器小球a和金箔b的带电情况是（　　）

A、a带正电，b带负电          B、a带负电，b带正电

C、a、b均带正电             　D、a、b均不带电

2、以下关于静电的说法不正确的是(          )

A、验电器、电荷量表、静电电压表等是测量静电的常用仪器

B、静电与近代科学技术、与工农业生产发展没什么关系

C、物体带了静电，其周围空间即存在电场

D、采取措施，只能减少静电的产生，而不能绝对防止静电荷的产生

3、我们经常可以看到油灌车底下悬挂一段拖地的铁链，其作用是（          ）

A、让铁链与地面摩擦而产生静电，为卡车提供电能

B、通过铁链与地面的摩擦来获取静电荷

C、将卡车上所产生的静电导入地下

D、没什么实质目的，只是车子的一种装饰

4、科技馆内有一个“静电球”，当参观者触摸静电球时，参观者的头发丝便会一根根地竖起，形成“怒发冲冠”的奇妙景象，如图所示．对这个实验有如下描述，其中正确的是（　　）

A、竖起的头发丝带有异种电荷

B、“静电球”的表面可能是塑料制成的

C、参观者必须站在绝缘板上才能完成实验

D、在湿润的环境中完成这个实验会更容易

5、如图所示的“吸引现象”由静电引起的是（　　）

A、磁铁吸引硬币   B、压紧的铅块互相吸引    C、摩擦后的气球吸引头发     D、吸盘吸在墙壁上

6、下面是某班同学在参加“整治城乡环境卫生”活动中所联想到的一些物理知识，其中错误的是（　　）

A、小强擦电风扇时发现叶片下表面有很多灰尘，可能是风扇在转动时与空气摩擦而带静电所吸引的

B、小丽尽全力搬一块大石头，虽然没有搬动，但是她也对石头做了功

C、小丽用独轮车把垃圾推走，独轮车是省力杠杆

D、中午休息时，小华坐在路边的石椅上感觉很凉，是热传递改变了物体的内能

7、下列有关静电现象的说法中错误的是（　　）

A、摩擦起电创造了电荷

B、自然界中只存在正、负两种电荷

C、带电体可以吸引轻小的物体

D、不能用塑料桶装运汽油

8、最早测定元电荷电荷量的物理学家是（　　）

A、奥斯特            B、安培            C、库仑          D、密立根

9、对元电荷的理解，正确的是（　　）

A、元电荷就是电子

B、元电荷就是质子

C、元电荷表示带电量跟电子电量数值相等的最小带电体

D、物体所带的电量只能是元电荷的整数倍

10、关于物理学家和他们的贡献，下列说法中正确的是（　　）

A、法拉第最早引入了电场的概念，并提出用电场线表示电场

B、库仑提出了库仑定律，并最早通过实验测得元电荷e的数值

C、开普勒发现了行星运动的规律，并通过实验测出了万有引力常量

D、安培安培发现了电流的热效应，定量给出了电能和热能之间的关系

11、如图2所示，A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体，其中C球带正电，A、B两个完全相同的枕形导体不带电。试问：

（1）如何使A、B都带等量正电？

（2）如何使A带负电B带等量的正电？

12、静电除尘是治理悬浮颗粒污染的方法之一，物理原理是让带电的物质微粒在电场的作用下，奔向并吸附到电极上。图为静电除尘器的示意图，除尘器由金属A和悬在管中的金属丝B组成，A接高压正极，B接高压___     _极。A、B之间有很强的电场，而且距B越近电场越强。B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子。正离子跑到B上得到电子又变成_       __，电子在奔向A的过程中，遇到烟气中的悬浮颗粒，使悬浮颗粒带_       ___电，吸附到A上，排出的气体就较为清洁了。

13、请指出下列情况是利用静电还是防范静电：

1）印染故厂车间要保持适当湿度。                    

2）利用静电处理种子。                    

3）手术时，医生和护士都要穿由导电材料制成的鞋子和棉布外套。            

4）静电植绒。                             

14、以煤为燃料的工厂、电站，每天排出的浓烟携带大量的煤灰，造成了严重的环境污染。松松同学设想：让烟囱带静电，煤灰不带电，就能将煤灰吸附到烟囱内壁上，这样排出的烟就清洁了。他设想的依据是               。这个设想如果实现的好处是                          （写出一种即可）。

15、郝雷同学参观了科技馆后，一组静电实验给他留下了深刻的印象，回来后他把实验情景绘成一幅平面示意图，如图所示。图中A为放在绝缘支架上的带正电球体，B为用绝缘丝线悬吊的带正电的轻质小球，先后将小球B悬吊在距离A球远近不同的P1、P2、P3处，偏离情况如图。小球偏离竖直方向的原因是          ；请你根据此图，提一个科学问题                      。

16、用毛皮摩擦过的橡胶棒带电       ，检验是否带了电要用            ，它的工作原理            ．列举静电的3个利用             ，             ，            。

17、在空中飞行的飞机，因与空气发生        了而带上了电荷，如果在着陆过程中没有将静电放掉，当地勤人员接近时，可能危及生命，所以飞机的特殊轮胎常用          （选填：“导体”或“绝缘体”）材料做成，从而避免造成危害。

我的总结重在让学生进行总结与回顾，老师适当引导。

主要是对本次课所学知识点进行巩固练习

1、关于元电荷的解释，下列说法正确的是（     ）

A．元电荷就是电子                           B．元电荷跟电子所带的电荷量相等

C．基本电荷就是质子                         D．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍

2、关于点电荷的说法，正确的是（   ）

A．只有体积很小的带电体才能看作点电荷

B．体积很大的带电体一定不能看成点电荷

C．当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷

D．一切带电体都可以看成是点电荷

3、有A、B、C三个塑料小球，A和B、B和C、C和A之间都是相互吸引的，如果A带正电，则(    )

A．B和C两球均带负电

B．B球带负电，C球带正电

C．B和C两球中必有一个带负电，而另一个不带电

D．B和C两球都不带电

4、如图所示，水平天花板下用长度相同的绝缘细线悬挂起来的两个相同的带电介质小球a、b，左边放一个带正电的固定球＋Q时，两悬球都保持竖直方向．下面说法中正确的是(　　)

A．a球带正电，b球带正电，并且a球带电荷量较大

B．a球带负电，b球带正电，并且a球带电荷量较小

C．a球带负电，b球带正电，并且a球带电荷量较大

D．a球带正电，b球带负电，并且a球带电荷量较小

5、1913年美国科学家密立根通过油滴实验(    )

A．发现了中子                          B．发现了电子  

C．测出了中子的质量                    D．测出了电子的电荷量

6、以下关于摩擦起电和感应起电的说法中正确的是（   ）

A．摩擦起电是因为电荷的转移，感应起电是因为产生电荷

B．摩擦起电是因为产生电荷，感应起电是因为电荷的转移

C．橡胶棒和毛皮摩擦，橡胶棒带正电

D．不论是摩擦起电还是感应起电，都是电荷的转移

7、关于点电荷的说法，下列正确的是（   ）

A．体积很大的带电体不能看成点电荷           B．物体带电量很小时，可以看作点电荷

C．点电荷是理想化的物理模型                   D．点电荷的带电量一定是1.6×10-19 C

8、以下说法正确的是（   ）

A．物体所带的电荷量只能是某些值，而不能是任意实数

B．元电荷就是电子或质子

C．物体所带电荷量的最小值是1.6×10-19 C

D．凡试探电荷都是点电荷，凡点电荷都能做试探电荷

9、下述关于静电的利用与防范的事例中，正确的是（　　）

A．印染厂应保持空气干燥，避免静电积累带来的潜在危害

B．油罐车在运输过程中会带静电，为避免电荷越积越多，油罐车应绝缘良好

C．静电除尘器是使灰尘带电后在电场力作用下奔向电极并吸附于电极上

D．静电复印机的工作过程实际上和静电完全无关

10、关于静电的利用和防范，以下说法正确的是（　　）

A．没有安装避雷针的建筑物一定会被雷电击毁

B．飞机起落架的轮胎用绝缘橡胶制成，可防止静电积聚

C．油罐车车尾有一条铁链拖在地上，避免行驶途中产生电火花引起爆炸

D．手术室的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉药由于静电燃烧

11、关于静电的利用和防范，下列说法中不正确的是（　　）

A．常见的静电利用有静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等

B．静电利用的原理几乎都是让带电的物质微粒在电场力的作用下奔向并吸附在电极上

C．静电的防范常用措施有保持空气湿度，使用避雷针，物体进行良好接地

D．静电的防范的基本原理就是不让物体产生静电电荷

12、下列说法正确的是（　　）

A．元电荷就是电子                                B．只有体积很小的带电体才可看做点电荷

C．只有带电荷量很少的带电体才可看做点电荷        D．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍

13、物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列说法中正确的是（　　）

A．奥斯特发现了电流的磁效应，并提出了电磁感应定律

B．法拉第不仅提出了场的概念，而且发明了人类历史上的第一台发电机

C．伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证

D．库仑提出了库仑定律，并最早实验测得元电荷e的数值

14、关于点电荷、元电荷、检验电荷，下列说法正确的是（　　）

A．当两个带电体形状和大小及电荷分布对它们间的相互作用力的影响可忽略时，这两个带电体可看作点电荷，点电荷是一种理想化的物理模型

B．点电荷所带电荷量一定是元电荷电荷量的整数倍

C．点电荷所带电荷量一定很小

D．点电荷、元电荷、检验电荷是同一种物理模型

15、下列叙述中正确的是（　　）

A．伽利略通过斜面实验加逻辑推理的方法研究了自由落体运动的规律

B．开普勒提出了日心说，从而发现了行星运动的规律，后人称为开普勒行星运动定律

C．库仑通过扭秤实验建立了库仑定律，并比较精确地测定了元电荷e的数值

D．牛顿通过扭秤实验测出了万有引力常量

16、实验室做静电实验时要求周围环境干燥，而棉纺厂的纺织车间却要求保持一定的湿度，从要求上看它们正好相反，但从静电的防范和利用上来说却不矛盾。试对两种情况进行分析。

主要对下次课的内容进行预习

1、知道静力的概念

2、知道电荷间的相互作用力与电荷间的距离、电荷量之间的定性关系