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高中物理第一节 静电现象学案
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这是一份高中物理第一节 静电现象学案，共19页。
知识点一 各种起电方式
1．摩擦起电
两个物体相互摩擦时，电子从一个物体转移到另一个物体，原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电，丢失电子的物体带正电。
2．感应起电
(1)静电感应：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的现象。
(2)感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程。
3．接触起电：带电体接触导体时，电荷转移到导体上，使导体带同种性质的电荷。
知识点二 元电荷
1．电荷量：用来表示物体所带电荷数量的多少。其单位是库仑，简称库，用符号 C表示。
2．元电荷：
(1)人们把一个电子(或质子)所带电荷量的绝对值叫作元电荷，用e表示，计算中，常取e＝1.60×10-19 C。
(2)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。
3．比荷：电子的电量e与电子的质量me之比，叫作电子的比荷。电子的比荷为 eme＝1.76×1011 C/kg。
知识点三 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；在任何转移过程中，电荷的总量保持不变，这个规律叫作电荷守恒定律。
2．在发生正、负电荷转移的过程中，电荷的代数和不变，所以电荷守恒定律的另一种表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
“电荷的中和”是指电荷的种类和数量达到异号、等量，这时正、负电荷的代数和为0。
知识点四 静电现象的解释
1．摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体的过程。
2．静电感应的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分。
3．电荷既不能被创造，也不能被消灭，只是发生了转移。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
塑料梳子与头发摩擦后能吸引纸屑，经检验梳子所带的电荷为负电荷，则：
(1)梳子失去了一些电子。(×)
(2)梳子得到了一些电子。(√)
(3)头发得到了一些电子。(×)
(4)头发和梳子间没有电子转移。(×)
2．填空
有两个相同的金属小球A、B，其中小球A带有3×10-3 C的正电荷，小球B带有1×10-3 C的负电荷。当把A、B球接触后再分开，A球带1×10-3 C的正电荷，B球带1×10-3 C的正电荷。
验电器
从18世纪起，人们开始经常使用一种叫作验电器的简单装置来检测物体是否带电。玻璃瓶内有两片金属箔，用金属丝挂在一根导体棒的下端，棒的上端穿过绝缘的瓶塞从瓶口伸出(图甲)。如果把金属箔换成指针，并用金属制作外壳，这样的验电器又叫作静电计(图乙)。
甲 乙
验电器和静电计
观察：(1)当带电体靠近导体棒的上端时，金属箔片是否张开？
(2)产生该现象的原因是什么？
[提示] (1)张开。
(2)产生了静电感应，两金属箔片带同种电荷受排斥力而张开。
三种起电方式
1．三种起电方式的比较
2．三种起电方式的本质
三种起电方式都不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，或者从物体的一部分转移到了另一部分，它们的本质都是电荷的转移，电荷总量保持不变。
角度1 摩擦起电
【典例1】 (多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( )
A．摩擦起电使本没有电子和质子的物体中产生了电子和质子
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，可能是摩擦时导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的
D．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
BD [摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不相同，因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子，其质子数比电子数多，我们说它带正电；若一个物体得到电子，其质子数比电子数少，我们说它带负电，使物体带电并不是创造出了电荷，故B、D正确，A、C错误。]
角度2 感应起电
【典例2】 如图所示，不带电的金属导体A和B放在绝缘支柱上并相互接触，带正电的小球C靠近A，下列说法正确的是( )
A．若先将A、B分开，再移走C，A带正电，B带负电
B．若先将A、B分开，再移走C，B带正电，A带负电
C．若先将C移走，再把A、B分开，A带正电，B带负电
D．若先将C移走，再把A、B分开，B带正电，A带负电
思路点拨：(1)“带正电的小球C靠近A”发生的是感应起电现象。(2)“先将A、B分开，再移走C”，A、B将带等量异种电荷。
B [带正电的小球C靠近A端，由于感应起电，A端带负电，B端带正电，将A、B分开，再移走C，则A整体带负电，B整体带正电，故A错误，B正确；带正电的小球C靠近A端，由于感应起电，A端带负电，B端带正电，将C移走，A、B中的电荷又马上中和，不再带电，再把A、B分开，A、B都不带电，故C、D错误。]
感应起电的判断方法
(1)当带电体靠近导体时，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，如图甲所示。
(2)导体接地时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端导体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷，如图乙、丙所示。
甲 乙 丙
[跟进训练]
角度1 摩擦起电
1．使物体带电的方式有三种：摩擦起电、接触起电和感应起电。下列关于使物体带电的方式的论述中，正确的是( )
A．用毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮和橡胶棒都带上了负电荷
B．用丝绸摩擦玻璃棒时，丝绸上的电子因摩擦而转移到了玻璃棒上
C．摩擦起电和感应起电都是两个或几个物体接触时发生的
D．接触起电和感应起电都是电荷的转移而非电荷的创造
D [用毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮上的电子因摩擦而转移到了橡胶棒上，可见毛皮失去电子带上了正电荷，橡胶棒得到电子带上了负电荷，A错误；用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒上的电子因摩擦而转移到了丝绸上，B错误；摩擦起电和接触起电都是两个或几个物体接触时发生的，而感应起电不是接触时产生的，C错误；电荷不是凭空产生的，接触起电和感应起电都是电荷的转移而非电荷的创造，D正确。]
角度2 感应起电
2．如图所示，用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电的验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆c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均带负电
C [毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷，靠近不带电的验电器的小球时，发生静电感应，从而使小球a端感应出了正电荷，b端感应了负电荷。当用手接触金属杆时，导走了负电荷，拿掉橡胶棒后，正电荷不再被橡胶棒的负电荷吸引，分布到小球和金属杆及验电器的金属箔片上，故C正确。]
对电荷守恒的理解与应用
1．对“中性”与“中和”的理解
(1)中性：物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性。
(2)中和：两个带有等量异种电荷的带电体相接触达到电中性的过程。
2．电荷守恒定律的两种描述
(1)表述一：电荷既不会被创造，也不会被消灭，只能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另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。
(2)表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
3．对电荷守恒定律的理解
(1)电荷守恒定律是自然界重要的基本定律之一。
(2)“总量”的含义，指电荷的代数和。
(3)在分离、转移、结合等过程中，电荷的总量保持不变。
4．两金属导体接触后电荷量的分配规律
两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有
(1)若带同种电荷⇒金属球相接触⇒总电荷量平分⇒即均带电 q1+q22
(2)若带异种电荷⇒金属球相接触⇒先中和再平分⇒即均带电 q1-q22
【典例3】 有两个完全相同的带电金属小球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10-9 C、QB＝－3.2×10-9 C，让两金属小球接触。在接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子发生了怎样的转移，转移了多少电荷量？
思路点拨：(1)A、B两小球带异种电荷，接触后要先中和后平分。
(2)电子在转移过程中电荷总量保持不变。
[解析] 接触后两小球带电荷量QA′＝QB′＝QA+QB2＝6.4×10-9-3.2×10-92 C＝1.6×10-9 C，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＝4.8×10-9 C。
[答案] 均为1.6×10-9 C 电子由B球转移到了A球，转移了4.8×10-9 C的电荷量
[跟进训练]
3．如图所示的装置叫作“雅各布天梯”，两个用金属丝弯成的电极A、B分别与高压电源的正、负两极相连，金属丝电极上能够聚集大量的正、负电荷，正、负电荷通过电极间的空气放电，产生明亮的电弧，电弧随着热空气上升，就像希腊神话中的雅各布梦中见到的天梯。在电极放电过程中，下列说法正确的是( )
A．电极A得到的电荷数多于电极B失去的电荷数
B．电极A得到的电荷数等于电极B失去的电荷数
C．电极A得到的电荷数少于电极B失去的电荷数
D．条件不足，不能判定电极A、B得失电荷的数量关系
B [根据电荷守恒定律可知，电荷既不会创生，也不会消灭，在转移过程中，总电荷量保持不变，所以在电极放电过程中，电极A得到的电荷数等于电极B失去的电荷数，B正确，A、C、D错误。]
1．如图所示，充气后的气球在头发上摩擦，再靠近不带电的空易拉罐，在气球未接触易拉罐的情况下，可观察到易拉罐会朝气球方向滚动，关于这一现象，下列说法正确的是( )
A．易拉罐靠近气球一侧的带电性质和气球相反
B．易拉罐远离气球一侧的带电性质和气球相反
C．气球对易拉罐远、近两侧的作用力均为吸引力
D．气球对易拉罐远、近两侧的作用力大小相等
A [根据静电感应，靠近气球一侧与气球带异种电荷，远离气球一侧与气球带同种电荷，A正确，B错误；气球对易拉罐远侧为斥力，近侧为吸引力，并且对近侧的力大于远侧的力，C、D错误。]
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．甲带正电、乙带负电
B．甲带负电、乙带正电
C．都带正电
D．都带负电
C [题图甲中，带正电的小球靠近不带电验电器的金属球，由于静电感应，使得金属球带负电荷，金属箔带正电荷；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正电荷，故C正确，A、B、D错误。]
3．(新情境题，以“人走地毯”为背景，考查电荷守恒定律)干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走，身上聚集了－4.8×10-5 C的电荷。若电子质量me＝9.1×10-31 kg，电子电荷量e＝－1.6×10-19 C。则：
(1)多少个电子的电荷量等于－3.2×10-5 C?
(2)此人身上有多少个剩余电子？
(3)他的质量增加了多少？
[解析] (1)每个电子电荷量为e＝－1.6×10-19 C
则－3.2×10-5 C的电荷量需要的电子为
n＝-3.2×10-5-1.6×10-19＝2×1014个。
(2)此人身上有电子数为
n′＝-4.8×10-5-1.6×10-19＝3×1014个。
(3)电子质量me＝9.1×10-31 kg
所以他的质量增加了m＝3×1014×9.1×10-31 kg＝2.73×10-16 kg。
[答案] (1)2×1014 个 (2)3×1014 个 (3)2.73×10-16 kg
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．自然界中有几种电荷？它们间相互作用的规律是什么？
[提示] 两种，正电荷和负电荷；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
2．试写出三种起电方式。
[提示] 摩擦起电、接触起电、感应起电。
3．请写出电荷守恒定律的内容。
[提示] 电荷不能被创造，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。在转移的过程中，电荷的总量不变。
课时分层作业(一) 静电现象
题组一 三种起电方式
1．如图所示，将一束塑料丝一端打结，并用手迅速向下捋塑料丝多次，观察到这束塑料丝下端散开了，产生这种现象的主要原因是( )
A．塑料丝之间相互感应起电
B．塑料丝所受重力小，自然松散
C．塑料丝受到空气浮力作用而散开
D．由于摩擦起电，塑料丝带同种电荷而相互排斥
D [由于不同物质对电子的束缚本领不同，当手与塑料丝摩擦时，使塑料丝带上了同种电荷，而同种电荷相互排斥，因此会观察到塑料丝散开，D正确，A、B、C错误。]
2．(2022·山西省汾阳中学期中)如图所示，将因摩擦而带电的塑料丝靠近带电的PVC管，塑料丝“躲开”状似章鱼，这种现象称为“静电章鱼”。由此现象可以判断( )
A．塑料丝和PVC管都带正电
B．塑料丝和PVC管都带负电
C．塑料丝和PVC管带同种电荷
D．塑料丝和PVC管带异种电荷
C [根据同种电荷相互排斥可知塑料丝“躲开”PVC管是因为塑料丝和PVC管带同种电荷；由于不知道塑料丝与哪一种物体摩擦，所以不能判断塑料丝是带正电还是带负电，故C正确，A、B、D错误。]
3．(多选)如图所示，用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，由此对摩擦起电说法正确的是( )
A．两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子
B．两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷
C．两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等
D．同一物体与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同
CD [两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子束缚力的大小，A错误；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错误，C正确；由题中例子不难看出，同一物体与不同种类的物体摩擦，带电种类可能不同，D正确。]
4．如图所示，把一个带正电的金属球靠近绝缘支架上的不带电的接地导体，最终该接地导体( )
A．左端带负电荷，右端带正电荷
B．左端不带电荷，右端带正电荷
C．左端带负电荷，右端不带电荷
D．若将带正电的金属球先移走，再去掉接地线，原来不带电的导体带负电
C [根据静电感应的规律，导体与大地连成一个整体，离金属球近的导体左端将感应出负电荷，离金属球远的一端是大地，而不是导体的右端，所以导体右端不带电荷，故A、B错误，C正确；若将带正电的金属球先移走，则导体左端的负电荷立即与大地的正电荷中和，去掉接地线后，导体不带电，故D错误。]
5．(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，十分有趣，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
BD [若用左手也去摸金属球，不会有电流产生，不会被电击，故A错误；若用左手与旁边的观众握手，会发生放电现象而被电击，故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，故C错误；若右手离开金属球而且走下绝缘凳，则电荷将与大地中和，人体将不再带电，头发会立刻恢复常态，故D正确。]
题组二 对电荷守恒的理解与应用
6．两金属小球所带电荷量分别为＋3Q和－Q，将两小球接触后，它们所带的电荷量总共为( )
A．＋3Q B．＋2Q
C．＋Q D．－Q
B [由电荷守恒定律知，两小球接触后带电荷量的总量为中和后剩余量，即Q总＝＋3Q－Q＝＋2Q，故B正确。]
7．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1.60×10-19 C，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1.60×10-19 C
D．N在摩擦过程中失去1.60×10-19个电子
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一定带等量的负电荷，故C正确。]
8．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
D [元电荷所带的电荷量为1.60×10-19 C，物体所带电荷量均是元电荷的整数倍，故A错误；物体不带电，是由于其内部正、负电荷的电荷量相等，对外不显电性，故B错误；电荷既不能被创造，也不能被消灭，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，故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，故D正确。]
9．有三个完全相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有2.0×10-5 C的正电荷，小球B、C不带电，现在让小球C先与球A接触后取走，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球所带电荷量分别为qA＝____________________C，qB＝________C，qC＝________C。
[解析] 根据电荷守恒和均分原理可知，小球C与A接触后分开，A、C两球各自带1×10-5 C的正电荷。小球B与带1×10-5 C的小球A接触后分开，A、B两球各自带5×10-6 C的正电荷，B与C球接触后分开，将平分B、C两球的总电荷量，即B、C两球各带7.5×10-6 C的正电荷。
[答案] 5×10-6 7.5×10-6 7.5×10-6
10．小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个带电体所带的电荷量出现有四个关键数字模糊不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列假设几个数字中的哪一个( )
A．6.2×10-19 C B．1.28×10-18 C
C．6.6×10-19 C D．6.8×10-19 C
B [元电荷是指电子或质子所带的电荷量，人们把最小电荷量叫作元电荷，任何带电体所带电荷量都是e的整数倍，因此该带电体所带电荷量为元电荷e＝1.6×10-19 C的整数倍。n1＝6.2×10-19 C1.6×10-19 C＝3.875，故A错误；n2＝1.28×10-18 C1.6×10-19 C＝8，故B正确；n3＝6.6×10-19 C1.6×10-19 C＝4.125，故C错误；n4＝6.8×10-19 C1.6×10-19 C＝4.25，故D错误。]
11．(多选)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成一笔套，将笔套与头发摩擦后，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．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力
D．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和
ABC [笔套与头发摩擦后带电，故A正确；带电的笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异种电荷，故B正确；当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，是因为圆环所受静电力的合力大于圆环的重力，故C正确；圆环原来不带电，笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷没有被中和，而是在笔套与圆环上重新分布，故D错误。]
12．如图所示，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是两个完全相同的枕形导体，都不带电。试问：
(1)如何使A、B都带等量正电？
(2)如何使A、B都带等量负电？
(3)如何使A带负电，B带等量的正电？
[解析] (1)方法一：把A、B紧密靠拢，让C靠近B，则在B端感应出负电荷，A端感应出等量的正电荷，把A与B分开后再移开C，将B接地，则B所带的负电荷就被中和，再把A与B接触一下，A和B就带上等量的正电荷。
方法二：使A、B紧密靠拢，再与C接触一下分开，再把A、B分开，则A、B会带上等量的正电荷。
(2)把A、B紧密靠拢，让C靠近B，则在B端感应出负电荷，A端感应出等量的正电荷，把A与B分开后将C移走，A带正电，B带负电，然后将A接地，大地中的负电荷将A带的正电荷中和，A与地断开，再把A与B接触一下，A和B就带上等量的负电荷。
(3)把A、B紧密靠拢，让C靠近A，则在A端感应出负电荷，B端感应出等量的正电荷，保持C不动，再把A与B分开，则A带负电，B带等量的正电。
[答案] 见解析
13．半径相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径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，接触后两球的电荷量大小之比为多少？
(2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多少？
[解析] (1)设A、B带同种电荷为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝12q
C与B球接触后，B、C所带电荷量为
qB＝qC′＝q+ 12q2＝34q
故接触后A、B带电荷量大小之比为 qAqB＝ 12q 34q＝23。
(2)设qA2＝+q，qB2＝－q
则C与A接触后，A、C带电荷量为qA2'＝qC2'＝＋12q
C与B接触后，B、C带电荷量为
qB2'＝qC2″＝ 12q-q2＝－14q
故A、B带电荷量大小之比为 qA'qB'＝ 12q 14q＝21。
[答案] (1)2∶3 (2)2∶1
学习任务
1．知道两种电荷、电荷量的概念及其单位。
2．掌握三种起电的实质，理解电荷守恒定律，能用原子结构模型和电荷守恒定律分析静电现象解决简单的问题。
3．会做探究感应起电的实验，会分析静电感应现象，养成观察、比较、归纳、分析的良好科学态度。
起电方式
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生条件
两个物体相互摩擦
导体靠近带电体
导体与带电体接触
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，电性与原带电体“近异远同”
导体带上与带电体同种的电荷
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)
自由电荷在带电体与导体之间发生转移
知识点一 各种起电方式
1．摩擦起电
两个物体相互摩擦时，电子从一个物体转移到另一个物体，原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电，丢失电子的物体带正电。
2．感应起电
(1)静电感应：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的现象。
(2)感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程。
3．接触起电：带电体接触导体时，电荷转移到导体上，使导体带同种性质的电荷。
知识点二 元电荷
1．电荷量：用来表示物体所带电荷数量的多少。其单位是库仑，简称库，用符号 C表示。
2．元电荷：
(1)人们把一个电子(或质子)所带电荷量的绝对值叫作元电荷，用e表示，计算中，常取e＝1.60×10-19 C。
(2)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。
3．比荷：电子的电量e与电子的质量me之比，叫作电子的比荷。电子的比荷为 eme＝1.76×1011 C/kg。
知识点三 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；在任何转移过程中，电荷的总量保持不变，这个规律叫作电荷守恒定律。
2．在发生正、负电荷转移的过程中，电荷的代数和不变，所以电荷守恒定律的另一种表述是：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
“电荷的中和”是指电荷的种类和数量达到异号、等量，这时正、负电荷的代数和为0。
知识点四 静电现象的解释
1．摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体的过程。
2．静电感应的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分。
3．电荷既不能被创造，也不能被消灭，只是发生了转移。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
塑料梳子与头发摩擦后能吸引纸屑，经检验梳子所带的电荷为负电荷，则：
(1)梳子失去了一些电子。(×)
(2)梳子得到了一些电子。(√)
(3)头发得到了一些电子。(×)
(4)头发和梳子间没有电子转移。(×)
2．填空
有两个相同的金属小球A、B，其中小球A带有3×10-3 C的正电荷，小球B带有1×10-3 C的负电荷。当把A、B球接触后再分开，A球带1×10-3 C的正电荷，B球带1×10-3 C的正电荷。
验电器
从18世纪起，人们开始经常使用一种叫作验电器的简单装置来检测物体是否带电。玻璃瓶内有两片金属箔，用金属丝挂在一根导体棒的下端，棒的上端穿过绝缘的瓶塞从瓶口伸出(图甲)。如果把金属箔换成指针，并用金属制作外壳，这样的验电器又叫作静电计(图乙)。
甲 乙
验电器和静电计
观察：(1)当带电体靠近导体棒的上端时，金属箔片是否张开？
(2)产生该现象的原因是什么？
[提示] (1)张开。
(2)产生了静电感应，两金属箔片带同种电荷受排斥力而张开。
三种起电方式
1．三种起电方式的比较
2．三种起电方式的本质
三种起电方式都不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，或者从物体的一部分转移到了另一部分，它们的本质都是电荷的转移，电荷总量保持不变。
角度1 摩擦起电
【典例1】 (多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( )
A．摩擦起电使本没有电子和质子的物体中产生了电子和质子
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，可能是摩擦时导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的
D．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
BD [摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不相同，因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子，其质子数比电子数多，我们说它带正电；若一个物体得到电子，其质子数比电子数少，我们说它带负电，使物体带电并不是创造出了电荷，故B、D正确，A、C错误。]
角度2 感应起电
【典例2】 如图所示，不带电的金属导体A和B放在绝缘支柱上并相互接触，带正电的小球C靠近A，下列说法正确的是( )
A．若先将A、B分开，再移走C，A带正电，B带负电
B．若先将A、B分开，再移走C，B带正电，A带负电
C．若先将C移走，再把A、B分开，A带正电，B带负电
D．若先将C移走，再把A、B分开，B带正电，A带负电
思路点拨：(1)“带正电的小球C靠近A”发生的是感应起电现象。(2)“先将A、B分开，再移走C”，A、B将带等量异种电荷。
B [带正电的小球C靠近A端，由于感应起电，A端带负电，B端带正电，将A、B分开，再移走C，则A整体带负电，B整体带正电，故A错误，B正确；带正电的小球C靠近A端，由于感应起电，A端带负电，B端带正电，将C移走，A、B中的电荷又马上中和，不再带电，再把A、B分开，A、B都不带电，故C、D错误。]
感应起电的判断方法
(1)当带电体靠近导体时，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，如图甲所示。
(2)导体接地时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端导体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷，如图乙、丙所示。
甲 乙 丙
[跟进训练]
角度1 摩擦起电
1．使物体带电的方式有三种：摩擦起电、接触起电和感应起电。下列关于使物体带电的方式的论述中，正确的是( )
A．用毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮和橡胶棒都带上了负电荷
B．用丝绸摩擦玻璃棒时，丝绸上的电子因摩擦而转移到了玻璃棒上
C．摩擦起电和感应起电都是两个或几个物体接触时发生的
D．接触起电和感应起电都是电荷的转移而非电荷的创造
D [用毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮上的电子因摩擦而转移到了橡胶棒上，可见毛皮失去电子带上了正电荷，橡胶棒得到电子带上了负电荷，A错误；用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒上的电子因摩擦而转移到了丝绸上，B错误；摩擦起电和接触起电都是两个或几个物体接触时发生的，而感应起电不是接触时产生的，C错误；电荷不是凭空产生的，接触起电和感应起电都是电荷的转移而非电荷的创造，D正确。]
角度2 感应起电
2．如图所示，用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电的验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆c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均带负电
C [毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷，靠近不带电的验电器的小球时，发生静电感应，从而使小球a端感应出了正电荷，b端感应了负电荷。当用手接触金属杆时，导走了负电荷，拿掉橡胶棒后，正电荷不再被橡胶棒的负电荷吸引，分布到小球和金属杆及验电器的金属箔片上，故C正确。]
对电荷守恒的理解与应用
1．对“中性”与“中和”的理解
(1)中性：物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性。
(2)中和：两个带有等量异种电荷的带电体相接触达到电中性的过程。
2．电荷守恒定律的两种描述
(1)表述一：电荷既不会被创造，也不会被消灭，只能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另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。
(2)表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
3．对电荷守恒定律的理解
(1)电荷守恒定律是自然界重要的基本定律之一。
(2)“总量”的含义，指电荷的代数和。
(3)在分离、转移、结合等过程中，电荷的总量保持不变。
4．两金属导体接触后电荷量的分配规律
两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有
(1)若带同种电荷⇒金属球相接触⇒总电荷量平分⇒即均带电 q1+q22
(2)若带异种电荷⇒金属球相接触⇒先中和再平分⇒即均带电 q1-q22
【典例3】 有两个完全相同的带电金属小球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10-9 C、QB＝－3.2×10-9 C，让两金属小球接触。在接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子发生了怎样的转移，转移了多少电荷量？
思路点拨：(1)A、B两小球带异种电荷，接触后要先中和后平分。
(2)电子在转移过程中电荷总量保持不变。
[解析] 接触后两小球带电荷量QA′＝QB′＝QA+QB2＝6.4×10-9-3.2×10-92 C＝1.6×10-9 C，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＝4.8×10-9 C。
[答案] 均为1.6×10-9 C 电子由B球转移到了A球，转移了4.8×10-9 C的电荷量
[跟进训练]
3．如图所示的装置叫作“雅各布天梯”，两个用金属丝弯成的电极A、B分别与高压电源的正、负两极相连，金属丝电极上能够聚集大量的正、负电荷，正、负电荷通过电极间的空气放电，产生明亮的电弧，电弧随着热空气上升，就像希腊神话中的雅各布梦中见到的天梯。在电极放电过程中，下列说法正确的是( )
A．电极A得到的电荷数多于电极B失去的电荷数
B．电极A得到的电荷数等于电极B失去的电荷数
C．电极A得到的电荷数少于电极B失去的电荷数
D．条件不足，不能判定电极A、B得失电荷的数量关系
B [根据电荷守恒定律可知，电荷既不会创生，也不会消灭，在转移过程中，总电荷量保持不变，所以在电极放电过程中，电极A得到的电荷数等于电极B失去的电荷数，B正确，A、C、D错误。]
1．如图所示，充气后的气球在头发上摩擦，再靠近不带电的空易拉罐，在气球未接触易拉罐的情况下，可观察到易拉罐会朝气球方向滚动，关于这一现象，下列说法正确的是( )
A．易拉罐靠近气球一侧的带电性质和气球相反
B．易拉罐远离气球一侧的带电性质和气球相反
C．气球对易拉罐远、近两侧的作用力均为吸引力
D．气球对易拉罐远、近两侧的作用力大小相等
A [根据静电感应，靠近气球一侧与气球带异种电荷，远离气球一侧与气球带同种电荷，A正确，B错误；气球对易拉罐远侧为斥力，近侧为吸引力，并且对近侧的力大于远侧的力，C、D错误。]
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．甲带正电、乙带负电
B．甲带负电、乙带正电
C．都带正电
D．都带负电
C [题图甲中，带正电的小球靠近不带电验电器的金属球，由于静电感应，使得金属球带负电荷，金属箔带正电荷；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正电荷，故C正确，A、B、D错误。]
3．(新情境题，以“人走地毯”为背景，考查电荷守恒定律)干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走，身上聚集了－4.8×10-5 C的电荷。若电子质量me＝9.1×10-31 kg，电子电荷量e＝－1.6×10-19 C。则：
(1)多少个电子的电荷量等于－3.2×10-5 C?
(2)此人身上有多少个剩余电子？
(3)他的质量增加了多少？
[解析] (1)每个电子电荷量为e＝－1.6×10-19 C
则－3.2×10-5 C的电荷量需要的电子为
n＝-3.2×10-5-1.6×10-19＝2×1014个。
(2)此人身上有电子数为
n′＝-4.8×10-5-1.6×10-19＝3×1014个。
(3)电子质量me＝9.1×10-31 kg
所以他的质量增加了m＝3×1014×9.1×10-31 kg＝2.73×10-16 kg。
[答案] (1)2×1014 个 (2)3×1014 个 (3)2.73×10-16 kg
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．自然界中有几种电荷？它们间相互作用的规律是什么？
[提示] 两种，正电荷和负电荷；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
2．试写出三种起电方式。
[提示] 摩擦起电、接触起电、感应起电。
3．请写出电荷守恒定律的内容。
[提示] 电荷不能被创造，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。在转移的过程中，电荷的总量不变。
课时分层作业(一) 静电现象
题组一 三种起电方式
1．如图所示，将一束塑料丝一端打结，并用手迅速向下捋塑料丝多次，观察到这束塑料丝下端散开了，产生这种现象的主要原因是( )
A．塑料丝之间相互感应起电
B．塑料丝所受重力小，自然松散
C．塑料丝受到空气浮力作用而散开
D．由于摩擦起电，塑料丝带同种电荷而相互排斥
D [由于不同物质对电子的束缚本领不同，当手与塑料丝摩擦时，使塑料丝带上了同种电荷，而同种电荷相互排斥，因此会观察到塑料丝散开，D正确，A、B、C错误。]
2．(2022·山西省汾阳中学期中)如图所示，将因摩擦而带电的塑料丝靠近带电的PVC管，塑料丝“躲开”状似章鱼，这种现象称为“静电章鱼”。由此现象可以判断( )
A．塑料丝和PVC管都带正电
B．塑料丝和PVC管都带负电
C．塑料丝和PVC管带同种电荷
D．塑料丝和PVC管带异种电荷
C [根据同种电荷相互排斥可知塑料丝“躲开”PVC管是因为塑料丝和PVC管带同种电荷；由于不知道塑料丝与哪一种物体摩擦，所以不能判断塑料丝是带正电还是带负电，故C正确，A、B、D错误。]
3．(多选)如图所示，用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，由此对摩擦起电说法正确的是( )
A．两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子
B．两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷
C．两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等
D．同一物体与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同
CD [两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子束缚力的大小，A错误；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错误，C正确；由题中例子不难看出，同一物体与不同种类的物体摩擦，带电种类可能不同，D正确。]
4．如图所示，把一个带正电的金属球靠近绝缘支架上的不带电的接地导体，最终该接地导体( )
A．左端带负电荷，右端带正电荷
B．左端不带电荷，右端带正电荷
C．左端带负电荷，右端不带电荷
D．若将带正电的金属球先移走，再去掉接地线，原来不带电的导体带负电
C [根据静电感应的规律，导体与大地连成一个整体，离金属球近的导体左端将感应出负电荷，离金属球远的一端是大地，而不是导体的右端，所以导体右端不带电荷，故A、B错误，C正确；若将带正电的金属球先移走，则导体左端的负电荷立即与大地的正电荷中和，去掉接地线后，导体不带电，故D错误。]
5．(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，十分有趣，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
BD [若用左手也去摸金属球，不会有电流产生，不会被电击，故A错误；若用左手与旁边的观众握手，会发生放电现象而被电击，故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，故C错误；若右手离开金属球而且走下绝缘凳，则电荷将与大地中和，人体将不再带电，头发会立刻恢复常态，故D正确。]
题组二 对电荷守恒的理解与应用
6．两金属小球所带电荷量分别为＋3Q和－Q，将两小球接触后，它们所带的电荷量总共为( )
A．＋3Q B．＋2Q
C．＋Q D．－Q
B [由电荷守恒定律知，两小球接触后带电荷量的总量为中和后剩余量，即Q总＝＋3Q－Q＝＋2Q，故B正确。]
7．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1.60×10-19 C，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1.60×10-19 C
D．N在摩擦过程中失去1.60×10-19个电子
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一定带等量的负电荷，故C正确。]
8．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
D [元电荷所带的电荷量为1.60×10-19 C，物体所带电荷量均是元电荷的整数倍，故A错误；物体不带电，是由于其内部正、负电荷的电荷量相等，对外不显电性，故B错误；电荷既不能被创造，也不能被消灭，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，故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，故D正确。]
9．有三个完全相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有2.0×10-5 C的正电荷，小球B、C不带电，现在让小球C先与球A接触后取走，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球所带电荷量分别为qA＝____________________C，qB＝________C，qC＝________C。
[解析] 根据电荷守恒和均分原理可知，小球C与A接触后分开，A、C两球各自带1×10-5 C的正电荷。小球B与带1×10-5 C的小球A接触后分开，A、B两球各自带5×10-6 C的正电荷，B与C球接触后分开，将平分B、C两球的总电荷量，即B、C两球各带7.5×10-6 C的正电荷。
[答案] 5×10-6 7.5×10-6 7.5×10-6
10．小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个带电体所带的电荷量出现有四个关键数字模糊不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列假设几个数字中的哪一个( )
A．6.2×10-19 C B．1.28×10-18 C
C．6.6×10-19 C D．6.8×10-19 C
B [元电荷是指电子或质子所带的电荷量，人们把最小电荷量叫作元电荷，任何带电体所带电荷量都是e的整数倍，因此该带电体所带电荷量为元电荷e＝1.6×10-19 C的整数倍。n1＝6.2×10-19 C1.6×10-19 C＝3.875，故A错误；n2＝1.28×10-18 C1.6×10-19 C＝8，故B正确；n3＝6.6×10-19 C1.6×10-19 C＝4.125，故C错误；n4＝6.8×10-19 C1.6×10-19 C＝4.25，故D错误。]
11．(多选)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成一笔套，将笔套与头发摩擦后，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．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力
D．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和
ABC [笔套与头发摩擦后带电，故A正确；带电的笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异种电荷，故B正确；当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，是因为圆环所受静电力的合力大于圆环的重力，故C正确；圆环原来不带电，笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷没有被中和，而是在笔套与圆环上重新分布，故D错误。]
12．如图所示，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是两个完全相同的枕形导体，都不带电。试问：
(1)如何使A、B都带等量正电？
(2)如何使A、B都带等量负电？
(3)如何使A带负电，B带等量的正电？
[解析] (1)方法一：把A、B紧密靠拢，让C靠近B，则在B端感应出负电荷，A端感应出等量的正电荷，把A与B分开后再移开C，将B接地，则B所带的负电荷就被中和，再把A与B接触一下，A和B就带上等量的正电荷。
方法二：使A、B紧密靠拢，再与C接触一下分开，再把A、B分开，则A、B会带上等量的正电荷。
(2)把A、B紧密靠拢，让C靠近B，则在B端感应出负电荷，A端感应出等量的正电荷，把A与B分开后将C移走，A带正电，B带负电，然后将A接地，大地中的负电荷将A带的正电荷中和，A与地断开，再把A与B接触一下，A和B就带上等量的负电荷。
(3)把A、B紧密靠拢，让C靠近A，则在A端感应出负电荷，B端感应出等量的正电荷，保持C不动，再把A与B分开，则A带负电，B带等量的正电。
[答案] 见解析
13．半径相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径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，接触后两球的电荷量大小之比为多少？
(2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多少？
[解析] (1)设A、B带同种电荷为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝12q
C与B球接触后，B、C所带电荷量为
qB＝qC′＝q+ 12q2＝34q
故接触后A、B带电荷量大小之比为 qAqB＝ 12q 34q＝23。
(2)设qA2＝+q，qB2＝－q
则C与A接触后，A、C带电荷量为qA2'＝qC2'＝＋12q
C与B接触后，B、C带电荷量为
qB2'＝qC2″＝ 12q-q2＝－14q
故A、B带电荷量大小之比为 qA'qB'＝ 12q 14q＝21。
[答案] (1)2∶3 (2)2∶1
学习任务
1．知道两种电荷、电荷量的概念及其单位。
2．掌握三种起电的实质，理解电荷守恒定律，能用原子结构模型和电荷守恒定律分析静电现象解决简单的问题。
3．会做探究感应起电的实验，会分析静电感应现象，养成观察、比较、归纳、分析的良好科学态度。
起电方式
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生条件
两个物体相互摩擦
导体靠近带电体
导体与带电体接触
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，电性与原带电体“近异远同”
导体带上与带电体同种的电荷
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)
自由电荷在带电体与导体之间发生转移
相关学案
粤教版 (2019)必修 第三册第二节 磁感应强度导学案： 这是一份粤教版 (2019)必修 第三册第二节 磁感应强度导学案，共16页。
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物理必修 第三册第二节 决定导体电阻大小的因素学案： 这是一份物理必修 第三册第二节 决定导体电阻大小的因素学案，共15页。
