高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册点电荷的电场匀强电场导学案及答案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册点电荷的电场匀强电场导学案及答案，共6页。
[学习目标] 1.知道自然界只存在正、负两种电荷；知道同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；知道电荷量的概念及其国际单位。2.经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质(难点)。3.理解电荷守恒定律(重点)。
一、静电的产生
将梳过头发的塑料梳立刻靠近细小纸屑，纸屑会被吸起(如图)。雷雨天，你能看到撕裂长空的闪电，听到震耳欲聋的雷声。这些都是静电现象。那么，产生静电的常见方式有哪几种？
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1．电荷
(1)分类：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为____________；用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷规定为____________。
(2)电荷量：电荷的________。在国际单位制中，电荷量的单位为________，简称____，符号为C。
(3)电荷间的相互作用：同种电荷相互________，异种电荷相互________。
2．三种起电方式
(1)摩擦起电、________起电、________起电是常见的三种起电方式。
(2)感应起电
一个带电体靠近导体时，受附近带电体的影响而使________上电荷重新分布的现象称为________________。利用____________使金属导体带电的方式称为感应起电。
3．验电器
(1)作用：检验物体是否带电。
(2)原理：同种电荷相互排斥。
(3)静电计：把金属箔片换成指针，并用金属制作外壳的验电器。
例1 (2024·深圳市高二期末)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
例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
验电器的两种应用方式及原理
1．当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开，如图甲。
2．当带电体靠近验电器的金属球时，带电体会使验电器的金属球带异种电荷，而金属箔片上会带同种电荷(感应起电)，两个金属箔片在斥力作用下张开，如图乙。
二、产生静电的微观解释
阅读课本，试分析如何从物质的微观结构来解释物体不显电性的原因。
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1．电荷守恒定律
表述：电荷既不能被创造，也不能被________，只能从物体的一部分转移到____________，或者从一个物体转移到________________。在转移过程中，电荷的________不变。
2．摩擦起电的实质：两个由不同物质组成的物体相互摩擦时，由于摩擦力做功，一个物体中某些原子的电子获得了能量，挣脱了原子核的束缚，转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律，从整体上看，一个物体失去了电子带____电，另一个物体就得到电子带____量____电。
3．感应起电的实质：在附近带电体所带电荷的作用下，由于电荷间的相互作用，导体中的________________从导体的一部分转移到了另一部分。
如图所示，在课本“实验与探究”中，当带负电的橡胶棒靠近验电器的金属球时，验电器的金属箔片张开，保持橡胶棒的位置不动，用手接触验电器的金属球，观察到金属箔片闭合。
(1)解释用手接触验电器的金属球，金属箔片闭合的原因；
(2)接着把手移开，使金属球与大地断开，再把橡胶棒移开，观察到金属箔片相互排斥又张开了。试解释原因；
(3)先把橡胶棒移开，再把手移开，金属箔片是否会张开？
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例3 (2023·揭阳市高二期末)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
例4 如图所示，带正电荷的导体A在靠近带有绝缘支架的不带电导体B后，导体B的P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是( )
A．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带负电
B．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电
C．若用导线将Q端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将不带电
D．若用导线将P端接地，然后断开，再取走导体A，则导体B将带正电
1．只有导体中的电子才能自由移动。绝缘体中的电子不能自由移动，所以导体能够感应起电，而绝缘体不能。
2．凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个更大导体，而且该导体可视为近端，带异种电荷，地球可视为远端，带同种电荷，如图。
例5 完全相同的两金属小球A、B带有相同大小的电荷量，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，求接触后两球带电荷量大小之比；
(2)若A、B两球带异种电荷，求接触后两球带电荷量大小之比。
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接触起电时电荷量的分配规律
当两个完全相同的金属球接触后，电荷量将平均分配。
(1)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；
(2)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。
第1节 静电的产生及其微观解释
一、
摩擦起电、接触起电、感应起电
梳理与总结
1．(1)正电荷 负电荷 (2)多少 库仑 库 (3)排斥 吸引
2．(1)接触 感应 (2)导体 静电感应 静电感应
二、
物质由分子、原子等微粒组成。原子由带正电的原子核和带负电的电子组成。原子核由呈电中性的中子和带正电的质子组成。一个电子的电荷量与一个质子的电荷量数值相同，约为1.60×10－19 C，原子的电子数与质子数相等，因此物体不显电性。但当物体受到外界影响，电子发生转移时，物体就会显电性。
梳理与总结
1．消灭 另一部分 另一个物体 总量
2．正 等 负
3．自由电子
思考与讨论
(1)当橡胶棒靠近时，由于电荷间的相互作用力，金属箔片带负电，金属球带正电，金属箔片张开。当用手接触金属球时，金属箔片上的自由电子通过人体转移到了大地上，故金属箔片不带电，不再张开。
(2)先把手移开，再把橡胶棒移开，金属球所带正电荷失去了橡胶棒负电荷的束缚而重新分布，此时金属球和箔片均带正电，故金属箔片张开。
(3)不会。
例1 D [用手迅速捋塑料细条，手与塑料细条由于摩擦起电，细条带同种电荷，相互排斥，所以细条散开，故A、B、C错误，D正确。]
例2 A [带大量负电荷的金属棒接触验电器的金属球，使验电器上所带的正电荷先与金属棒中的负电荷中和，验电器带电荷量减少，金属箔片张角变小；中和完后，剩余的负电荷又会使验电器带负电，使金属箔片的张角再次变大，故A正确。]
例3 D [题图甲中，橡胶棒与毛皮摩擦后，橡胶棒带负电，是因为电子从毛皮转移到橡胶棒，A错误；题图乙中，小球D带正电时，电子从验电器转移到小球D，使箔片带正电，小球D带负电时，电子从小球D转移到验电器，使箔片带负电，两种情况均使箔片C、C′带同种电荷，相互排斥，使箔片张开，B错误；题图丙中，小球C使A、B发生静电感应现象，A、B带上等量异种电荷，移开小球C后，静电感应消失，再分开A、B，A、B均不带电，C错误；三种起电方式的实质都是电子的转移，D正确。]
例4 A [带正电荷的导体A在靠近导体B时，导体B上的自由电子会向P端运动，导体B的P端因有了多余的电子而带负电，Q端因失去电子而带正电，用接地导线接导体B的任何部位，大地的负电荷都会中和B导体Q端的正电荷，因此断开导线，再取走导体A，导体B将带负电，故A正确，B、C、D错误。]
例5 (1)2∶3 (2)2∶1
解析 (1)设A、B带同种电荷且带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA1＝qC1＝eq \f(1,2)q
C与B接触后，B、C带电荷量为
qB1＝qC2＝eq \f(q＋\f(1,2)q,2)＝eq \f(3,4)q
故A、B带电荷量大小之比为eq \f(qA1,qB1)＝eq \f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq \f(2,3)
(2)若A带正电荷，B带负电荷，且所带电荷量大小均为Q，则C与A接触后，A、C带电荷量为
QA′＝QC′＝＋eq \f(1,2)Q
C与B接触后，B、C带电荷量为
QB′＝QC″＝eq \f(\f(1,2)Q－Q,2)＝－eq \f(1,4)Q
故A、B带电荷量大小之比为|eq \f(QA′,QB′)|＝eq \f(\f(1,2)Q,\f(1,4)Q)＝eq \f(2,1)。
同理，若A带负电荷，B带正电荷，A、B带电荷量大小之比仍为2∶1。