高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册静电的产生及其微观解释导学案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册静电的产生及其微观解释导学案，共4页。
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。 3.理解电荷守恒定律，会运用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。
[学生用书P1]
一、静电的产生
1．两种电荷
(1)电荷的分类：正电荷和负电荷。
用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷规定为负电荷。
(2)电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
2．电荷量
(1)定义：电荷的多少称为电荷量，一个电子所带电荷量e＝1.60×10－19 C，称为元电荷。
(2)单位：库仑，简称库，符号为C。
3．摩擦起电：通过摩擦使物体带电的方式。
4．接触起电
(1)验电器：检验物体是否带电和估测物体带电多少的仪器。
(2)接触起电：当带电的橡胶棒与验电器的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上。
5．感应起电
(1)静电感应：当一个带电体靠近导体时，会使导体上的电荷重新分布的现象。
(2)感应起电：利用静电感应使金属导体带电的方式。
二、产生静电的微观解释
1．一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同，因此物体不显电性。当物体受到外界影响，电子发生转移时，物体就显电性。
2．电荷守恒定律：电荷既不能被创造，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。
3．摩擦起电的原因：两个由不同物质组成的物体互相摩擦时，由于不同物质原子核对电子的束缚能力不同，部分电子从一个物体转移到另一个物体上。从整体上看，一个物体失去了电子带正电，另一个物体就得到电子带负电。
4．感应起电的原因：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电子向靠近或远离带电体的方向移动，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。
判断下列说法是否正确。
(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒上。( )
(2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程。( )
(3)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电荷。 ( )
(4)两个物体相互摩擦会使物体带电的原因是两物体的原子核对核外电子的束缚能力不同。( )
提示：(1)× (2)√ (3)× (4)√
知识点一 电荷 三种起电方式[学生用书P2]
eq \a\vs4\al()
1．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，贴在下部的金属箔片是闭合的。
(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？
2．带正电的物体A与不带电的物体B接触，使物体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？
[提示] 1.(1)两侧金属箔片都张开。
(2)金属箔片仍张开，但张角变小。
(3)金属箔片都闭合。
2．正电荷 在这个过程中，有电子从物体B转移到物体A，物体B中电子数量减少，因此带正电。
1．三种起电方式
2.感应起电
(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。
说明：用手摸一下导体，再移开手指，相当于先把导体接地，然后再与大地断开。
角度1 摩擦起电和接触带电
《博物志》云：
“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声。”有关产生这种现象的原因，下列说法正确的是博物志( )
A.产生这种现象的原因是接触起电
B.产生这种现象的原因是感应起电
C.产生这种现象的原因是摩擦起电
D.产生这种现象的原因是摩擦导致正电荷从一个物体转移到了另一个物体
[解析] 产生这种现象的原因是摩擦起电，摩擦起电的实质是带负电的电子由一个物体转移到另一个物体。
[答案] C
(2025·江苏镇江市期中)带正电的金属导体A与不带电的金属导体B接触之后B也带正电，原因是( )
A.B有部分正电荷转移到A上
B.A有部分正电荷转移到B上
C.A有部分电子转移到B上
D.B有部分电子转移到A上
[解析] 接触起电的实质是电子的转移，带正电的金属导体A与不带电的金属导体B接触之后B也带正电，原因是B有部分电子转移到A上。
[答案] D
如图所示，科技馆里，小红站到绝缘台上，用手触碰高压静电球，工作人员按下电源开关后，看到小红的头发竖起散开，则头发带( )
A.同种电荷，相互吸引
B.异种电荷，相互吸引
C.同种电荷，相互排斥
D.异种电荷，相互排斥
[解析] 小红用手触碰高压静电球，她的每根头发都带上跟高压静电球相同电性的电荷，每根头发带同种电荷，会相互排斥，所以头发才会散开，故A、B、D错误，C正确。
[答案] C
角度2 感应起电
学习了静电感应后，爱思考的小明想起初中物理老师演示过如图所示实验，用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近悬挂的乒乓球时，乒乓球会被吸引的实验，小明猜想玻璃棒会吸引乒乓球的原因可能是静电感应现象，若他的猜想是正确的，你认为图中乒乓球上感应电荷的分布情况合理的是( )
[解析] 根据同种电荷相斥，异种电荷相吸可得乒乓球的左侧带有负电荷，右端带有正电荷。
[答案] D
(2025·宁夏银川市期中)如图所示，原来不带电的绝缘金属导体A、B，在其两端下面都悬挂着金属验电箔，当把一个带负电的绝缘金属球C(图中未画出)靠近导体的A端时，下列说法正确的是( )
A.金属导体中的电子从A端移向B端
B.只有A端验电箔张开，且A端带正电
C.只有B端验电箔张开，且B端带负电
D.两端的验电箔都张开，且A端带负电，B端带正电
[解析] 金属导体处在负电荷的电场中，由于静电感应现象，导体的A端要感应出正电荷，在导体的B端会出现负电荷，所以导体两端的验电箔都张开，且B端带负电，A端带正电，电子从A端移向B端，故A正确，B、C、D错误。
[答案] A
知识点二 电荷守恒定律[学生用书P4]
eq \a\vs4\al()
在摩擦起电过程中，一个物体带上了正电荷，另一个物体带上了负电荷，该过程是否创造了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增多或减少吗？
[提示] 摩擦起电的过程并没有创造电荷；一个封闭的系统中，电荷的总量保持不变。
1．物体带电的实质
使物体带电不是创造了电荷，使物体不带电也不是消灭了电荷。物体带电的实质是电子发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。
2．守恒的广泛性
电荷守恒定律同能量守恒定律一样，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。
3．“中性”与“中和”
(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遇达到电中性的过程。
4．两金属导体接触后电荷量的分配规律
(1)当两个导体材料、形状不同时，其中一个带电，另一个不带电，接触后再分开，两者均带电，但无法确定电荷量的多少。
(2)若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有
一带负电的绝缘金属小球被放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上带有的负电荷几乎不存在了，这说明( )
A.小球上原有的负电荷逐渐消失了
B.在此现象中，电荷不守恒
C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了
D.该现象不遵循电荷守恒定律
[解析] 根据电荷守恒定律，电荷不能被消灭，也不能被创生，只会发生转移，故A错误；此过程中电荷仍然守恒，电荷没有消失，因为潮湿的空气导电，所以负电荷只是被潮湿的空气导走而已，仍然遵循电荷守恒定律，故B、D错误，C正确。
[答案] C
老师在讲台上给同学们做演示摩擦起电实验：将玻璃棒反复在毛皮上摩擦，玻璃棒就带上正电荷，毛皮上就带上负电荷。老师做这个实验过程中，下面说法正确的是( )
A.摩擦起电过程中会发生电荷转移
B.摩擦起电过程中不会发生电荷转移
C.摩擦起电过程中会创造新的电荷
D.摩擦起电后，玻璃棒所带电荷量大于毛皮所带电荷量
[解析] 玻璃棒反复在毛皮上摩擦，摩擦过程之中玻璃棒会失去电子，而毛皮会得到电子，失去电子后的玻璃棒带正电，而得到电子的毛皮带负电，在这个过程中电子发生了转移，而在自然界中电荷是守恒的，即电荷不可能凭空产生也不可能凭空消失，一个物体失去多少电子那么另一个物体就得到多少电子，失去电子的物体所带正电荷的电荷量一定等于得到电子的物体所带负电荷的电荷量。
[答案] A
甲、乙、丙是三个完全相同的带绝缘支架的金属小球，先让带电荷量为＋1.6×10－15 C的甲球与乙球接触，再让甲球与不带电的丙球接触，接触后，丙球所带电荷量为－8×10－16 C，则( )
A.接触前乙球带有－3.2×10－15 C电荷
B.接触前乙球带有－4.8×10－15 C电荷
C.接触前乙球不带电
D.接触前乙球带有1.6×10－15 C电荷
[解析] 由于甲、乙、丙是三个完全相同的小球，丙球不带电，甲、丙两个小球接触时，电荷量平均分配，可得与丙接触前甲球所带电荷量Q甲′＝2Q丙＝－1.6×10－15 C，由于甲球原来带正电荷，则甲、乙两小球带异种电荷，接触时，先中和再平分，可得Q甲′＝ eq \f(Q甲＋Q乙,2) ，代入数据解得Q乙＝－4.8×10－15 C。
[答案] B
知识点三 验电器[学生用书P5]
1．验电器的结构及工作原理
如图所示，验电器主要由导体棒、金属丝、金属箔片、玻璃瓶外壳等构成。其工作原理是当导体棒、金属丝及金属箔片带电时，根据同种电荷相互排斥，两金属箔片会在斥力作用下张开。
2．常见的两种使用方法
(1)带电体接触验电器：当带电体与验电器的金属球接触时，金属球带上电荷，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，带电体所带电荷量越多，两个金属箔片所带电荷量越多，斥力越大，张开的角度也越大。
(2)带电体靠近验电器：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感应出异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷，两箔片在斥力作用下张开。
用带正电的小球靠近不带电的验电器的金属球，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，则甲验电器的金属箔带________，乙验电器的金属箔带________。(均选填“正电”或“负电”)
[解析] 题图甲中，验电器本来不带电，当带正电的小球靠近验电器的金属球时，异种电荷相互吸引，使得金属球带负电荷，从而导致金属箔带上正电荷；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上了正电荷。
[答案] 正电 正电
eq \(\s\up7(),\s\d5( [学生用书P5]))
1.(摩擦起电)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
解析：选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.(感应起电)如图所示，有一带正电的验电器，当一金属球M靠近验电器的小球N(不接触)时，验电器的金箔张角减小，则( )
A.金属球一定不带电
B.金属球可能带负电
C.金属球可能带正电
D.金属球一定带负电
解析：选B。验电器原来带正电，要使张角减小，则应使验电器小球N的电子转移到金属箔处，根据电荷间的相互作用，M球可能带负电；若M球不带电，则由于静电感应，M球左侧也会带上负电，故会产生同样的效果，故M球可以带负电，也可以不带电，故选B。
3．(验电器)如图所示，用起电机使金属球A带正电，将A靠近验电器上的金属小球B，则( )
A.验电器的金属箔不会张开，因为球A没有和B接触
B.验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电
C.验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电
D.验电器的金属箔张开，因为验电器下部的箔片都带上了正电
解析：选D。带电金属球A靠近验电器上的金属小球B，由于感应起电，B球带负电，验电器下部的金属箔片带正电，金属箔片因带同种电荷相互排斥而张开，故D正确。
4．(接触起电和电荷守恒定律)如图所示，A、B是两个完全相同的带绝缘棒的金属小球，A球所带电荷量为－1.6×10－9 C，B球不带电。现将A、B接触后再分开，则( )
A.A、B接触前，B球上没有电子
B.A、B接触前，A球上有1×1010个电子
C.A、B接触时，A球失去1×1010个电子
D.A、B接触时，B球得到5×109个电子
解析：选D。B球不带电，表明B呈现电中性，但是B球上仍然有电子，故A错误；A、B接触前，A球所带电荷量为－1.6×10－9 C，表明A上的净电荷量为－1.6×10－9 C ，其对应的电子的数目为 eq \f(1.6×10－9,1.6×10－19) ＝1×1010，该电子数目是净电荷量对应的电子数，A球上实际上的电子数还包含净电荷之外的与正电荷量大小相等的电子，即A球上的电子数大于1×1010个，故B错误；由于A、B完全相同，根据接触起电规律，A、B接触后，A失去电荷量为－8×10－10 C，则A球失去的电子数目为 eq \f(8×10－10,1.6×10－19) ＝5×109，故C错误；根据上述，可知A、B接触后，B得到电荷量为－8×10－10 C，则B球得到的电子数目为 eq \f(8×10－10,1.6×10－19) ＝5×109，故D正确。
项目
摩擦起电
接触起电
感应起电
现象
两物体带上等量异种电荷
导体带上与带电体同种的电荷
导体两端出现等量异种电荷
原因
不同物质对电子的束缚能力不同。束缚能力强的得电子，带负电；束缚能力弱的失电子，带正电
在电荷间相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上
电子在电荷间相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷
实质
电荷在物体之间或物体内部的转移
说明
无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移