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高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第1章 静电力与电场强度第1节 静电的产生及其微观解释优质教案
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第1章 静电力与电场强度第1节 静电的产生及其微观解释优质教案，共17页。
课标要求
1.通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。了解生产生活中关于静电的利用与防护。
2.知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。
3.知道电场是一种物质。了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。
第1节 静电的产生及其微观解释
知识点一 静电的产生
[观图助学]
俯视逆时针转动 俯视顺时针转动
观察上图现象你可以得出什么结论？
观察上图现象，思考电荷是如何移动的？
1.电荷
(1)电荷量：电荷的多少。在国际单位制中，电荷量的单位为库仑，简称库，符号为C。
(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.摩擦起电：当两个由不同物质组成的物体互相摩擦时，一个物体中某些原子的电子挣脱了原子核的束缚，转移到另一个物体上，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带等量的正电。
3.接触起电：当一个带电体接触导体时，电荷会发生转移，使导体也带电。
4.感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电子便会靠近或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷，这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。
[思考判断]
(1)摩擦起电是创造电荷的过程。(×)
(2)接触起电是电荷转移的过程。(√)
(3)玻璃棒无论和什么物体摩擦都会带正电。(×)
知识点二 产生静电的微观解释
[观图助学]
丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒失去了电子，带正电；丝绸得到了电子，带负电；从整体上看，两物体摩擦过程中电荷守恒吗？
1.电荷守恒定律
表述：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。在转移过程中，电荷的总量不变。
2.摩擦起电的实质：两个不同物质组成的物体相互摩擦，由于摩擦力做功，一个物体中的电子获得能量，挣脱原子核的束缚转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律，一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电。
3.感应起电的实质是在附近带电体所带电荷的作用下，导体中的自由电荷从导体的一部分转移到了另一部分。
[思考判断]
(1)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。(×)
(2)不带电的物体一定没有电荷。(×)
(3)带等量异种电荷的两个导体接触后，电荷会消失，这种现象叫电荷的湮没。(×)
(4)感应起电过程仍符合电荷守恒定律。(√)
验电器的构造、原理及用途
1.构造
2.原理
金属箔片带同种电荷后，由于同种电荷相互排斥而张开。
3.应用
(1)检验物体是否带电。
(2)物体带电的种类。
摩擦起电适用于绝缘体，接触起电和感应起电适用于导体。
物体带电的实质是电荷发生了转移，或物体间电荷的重新分配。
一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
金属结构
中性是指物体内有电荷存在，但正负电荷的绝对值相等，对外不显电性。
核心要点 三种起电方式的理解
[观察探究]
(1)用与丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的小球，会观察到什么现象？为什么。
答案 金属箔片张开。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。
(2)观察下述操作过程，会观察到什么现象？为什么。
答案 C在远处，金属箔片不张开，C移近后金属箔片张开，枕形导体分开，金属箔片仍张开，移走C，金属箔片张开。因为同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
[探究归纳]
三种起电方式的比较
[试题案例]
[例1] (多选)关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是( )
A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造出电荷
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部分转移到另一部分
D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体
解析 摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移，失去电子的带正电，得到电子的带负电，此过程并非创造了电荷，而是总电荷量守恒，A错误，B正确；感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，是电荷在同一导体内部发生了转移，C正确，D错误。
答案 BC
[例2] (多选)如图所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列方法中能使两球都带电的是( )
A.先把两球分开，再移走棒
B.先移走棒，再把两球分开
C.使棒与甲球瞬时接触，再移走棒
D.先使乙球瞬时接地，再移走棒
导体与大地组成一个大的导体，则该导体为近端，带异种电荷，地球为远端，带同种电荷
解析 由于静电感应，甲球感应出正电荷，乙球感应出负电荷，把两球分开后，它们带上了等量异种电荷，所以A正确；若先将棒移走，则两球不会有静电感应现象产生，所以不会带上电荷，B错误；使棒与甲球接触，则两球会因接触而带上负电荷，所以C正确；若使乙球瞬时接地，则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走，再将棒移走，由于甲、乙是接触的，所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上，结果是两球都带上了正电荷，所以D正确。
答案 ACD
[针对训练1] (多选)如图所示，有一带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则( )
A.金属球A可能不带电
B.金属球A一定带正电
C.金属球A可能带负电
D.金属球A一定带负电
解析 验电器的金属箔片之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小决定于两金属箔片带电荷量的多少。如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金属箔片上的正电荷“上移”，从而使两金属箔片张角减小，选项C正确，B错误；如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象使A球靠近B球的一面出现负的感应电荷，而远离B球的一面出现正的感应电荷。A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，由于负电荷离验电器较近而表现为吸引作用，从而使金属箔片张角减小，选项A正确，D错误。
答案 AC
核心要点 产生静电的微观解释
[观察探究]
甲、乙两同学各拿一带电小球做实验时不小心两小球接触了一下，结果两小球都没电了！电荷到哪里去了呢？是否违背了电荷守恒定律？
答案 两球都没电了，说明原来的两球带等量异种电荷，两球接触时，正、负电荷中和了，不违背电荷守恒定律。
[探究归纳]
1.对电荷守恒定律的理解
电荷守恒定律是自然界最基本的规律之一，任何电现象都遵守电荷守恒定律。
实例：一个高能光子可以产生一对正、负电子，一对正、负电子可同时湮没，转化为光子。带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变。
2.三种带电的微观解释
3.接触起电现象中电荷量的分配(两个完全相同的金属球)
带同种电荷(Q1和Q2)接触后平分原来的所带电荷的总和，即Q1′＝Q2′＝eq \f(Q1＋Q2,2)。
带异种电荷(Q1和－Q2)接触后先中和后平分，即Q1′＝Q2′＝eq \f(Q1－Q2,2)。
带等量异种电荷的两个物体接触时，经过电荷的转移，物体达到电中性。
[试题案例]
[例3] 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＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属球接触。在接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子如何转移？转移了多少个电子？
解析 由于QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，根据电荷均分规律，两球接触时带电荷量相同，则QA′＝QB′＝eq \f(QA＋QB,2)＝1.6×10－9 C。两球接触时，自由电子由B向A转移，转移电子的个数n＝eq \f(QA－QA′,e)＝eq \f(（6.4－1.6）×10－9,1.6×10－19)＝3.0×1010(个)
答案 均为1.6×10－9 C 自由电子由B向A转移 3.0×1010个
[针对训练2] 完全相同的两金属小球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，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，带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝eq \f(1,2)q。
C与B球接触后，B、C所带电荷量为qB＝qC′＝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(qA,qB)＝eq \f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq \f(2,3)。
(2)设qA＝＋q，qB＝－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)。
答案 (1)2∶3 (2)2∶1
[针对训练3] 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克带的电荷量为eq \f(2,3)e，d夸克带的电荷量为－eq \f(1,3)e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是( )
A.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
解析 质子eq \\al(1,1)H带电荷量为2×eq \f(2,3)e＋eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－\f(1,3)e))＝e，中子eq \\al(1,0)n带电荷量为eq \f(2,3)e＋2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－\f(1,3)e))＝0，可见B正确。
答案 B
1.(对三种起电方式的理解)人站在绝缘板上，手扶着起电机，头发竖起来，则头发带电的方式属于( )
A.摩擦起电
B.接触起电
C.感应起电
D.以上方式都不属于
解析 通过接触的方式使人与起电机带同种电荷，同种电荷相互排斥，所以人的头发才会竖起来，B正确。
答案 B
2.(感应起电的理解)如图所示，不带电的导体B在靠近带正电的导体A后，P端和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A，则导体B将带正电
解析 导体B靠近带正电的导体A后，由于静电感应，靠近A的P端感应出负电荷，而远离A的Q端感应出等量的正电荷。接地后，导体B与大地成为一个新的导体，无论哪一端接地，大地都是这个新导体的远端，而P端仍然是近端，故负电荷仍然在P端，而Q端原来感应出的正电荷被从大地流来的负电荷中和了，断开导线，取走A后，P端的负电荷就留在导体B上，所以导体B带负电，故选A。
答案 A
3.(电荷守恒定律)两个相同的金属小球M、N，带电荷量分别为－4q和＋2q。两球接触后分开，M、N所带的电荷量分别为( )
A.＋3q，－3q B.－2q，＋4q
C.＋2q，－4q D.－q，－q
解析 两个相同的金属小球接触，电荷先中和后均分，则有QM′＝QN′＝eq \f(QM＋QN,2)＝eq \f(－4q＋2q,2)＝－q，选项D正确。
答案 D
4.(电荷守恒定律)(多选)一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上电荷几乎不存在了，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.该现象是由于电子的转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律
解析 绝缘小球上电荷量减少是由于电子通过空气导电转移到外界，只是小球上的电荷量减少，但是这些电子并没有消失，故A、B错误，C正确；就小球和整个外界组成的系统而言，其电荷的总量仍保持不变，故D正确。
答案 CD
eq \a\vs4\al(三种起,电方式)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(摩擦起电——绝缘体,\b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(接触起电,感应起电))——导体))
起电的实质——电荷的转移
一个规律——电荷守恒定律
基础过关
1.一个带电导体与另一个不带电导体接触，下列说法正确的是( )
A.两物体一定带异种电荷
B.两物体一定带同种电荷
C.两物体一定带不等量的同种电荷
D.两物体一定带等量的同种电荷
解析 一个带电导体与另一个不带电导体接触，电荷会发生转移，所以一定带同种电荷，选项A错误，B正确；若两个导体完全相同，则两个导体带等量的同种电荷，否则两个导体带不等量的同种电荷，选项C、D错误。
答案 B
2.某次实验中，老师用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近锡箔屑，发现锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速地向空中散开，如图所示，下列说法正确的是( )
A.锡箔屑被吸引过程会因为获得电子而带负电
B.锡箔屑被吸引过程是减速过程
C.最后锡箔屑散开是因为碰撞导致
D.散开时锡箔屑带正电
解析 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，带电体具有吸引轻小物体的性质，锡箔屑被吸引，锡箔屑在被吸引到玻璃棒上之前不带电，锡箔屑被吸引到玻璃棒上后带正电，故A错误；锡箔屑被吸引过程是加速过程，故B错误；最后锡箔屑散开主要是因为锡箔屑带正电，而同种电荷相互排斥，故C错误，D正确。
答案 D
3.如图所示，放在绝缘支架上带正电的导体球A，靠近放在绝缘支架上不带电的导体B，导体B用导线经开关接地，现把S先闭合再断开，再移走A，则导体B( )
A.不带电 B.带正电
C.带负电 D.不能确定
解析 根据静电感应现象和电荷间的相互作用，可知S闭合之前B的a端带负电荷，b端带等量正电荷，S先闭合再断开，再移走A，导体B带负电，故选项C正确。
答案 C
4.(多选)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，由此对摩擦起电的说法正确的是( )
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
解析 两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小，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；由题中实验不难看出，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。
答案 CD
5.使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开。如图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是( )
解析 把带电金属球移近不带电的验电器，会改变验电器上的电荷分布；由于电荷间同性相斥、异性相吸，使得验电器上靠近带电金属球的一端和其电性相反，而远离带电金属球的另一端和其电性相同，故选项B正确。
答案 B
6.(多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( )
A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷
B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体上
C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，一定带有等量异种电荷
D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，可能带有同种电荷
答案 BC
能力提升
7.(多选)如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金属箔片。当枕形导体的A端靠近一带电导体C时( )
A.A端金属箔片张开，B端金属箔片闭合
B.用手触摸枕形导体B端后，A端金属箔片仍张开，B端金属箔片闭合
C.用手触摸枕形导体B端后，将手和C都移走，两对金属箔片均张开
D.选项A中两对金属箔片分别带异种电荷，选项C中两对金属箔片带同种电荷
解析 根据静电感应的原理知，带正电的导体C放在枕形导体附近，在A端出现了负电荷，在B端出现了正电荷，相应的金属箔片上带同种电荷，则A端和B端金属箔片均张开，选项A错误；用手触摸枕形导体B端后，B端不再带正电，金属箔片闭合，选项B正确；用手触摸枕形导体B端后，只有A端带负电，将手和C都移走，不再产生静电感应，A端所带负电荷便会分布在整个枕形导体上，A、B端均带负电，两对金属箔片均张开，选项C、D正确。
答案 BCD
8.如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电金属球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的是( )
A.沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QB>QA
B.只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB＝QA
C.沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QA
D.沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关
解析 静电感应使得A端带正电，B端带负电。导体原来不带电，只是在C中正电荷的作用下，导体中的自由电子向B端移动，使B端有多余的电子而带负电，A端少了电子，而带正电。A端移去的电子数目和B端多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷总量是相等的，但由于电荷之间的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布不均匀，越靠近B端，负电荷密度越大；越靠近A端，正电荷密度越大，因此从不同位置切开时，QA、QB的值是不同的，D正确。
答案 D
9.某研究性学习小组的同学设计了以下实验方案来验证电荷守恒定律。
根据以上实验过程和观察到的现象，回答下列问题：
(1)步骤二的实验现象说明：________________________________；
(2)步骤三的实验现象说明：________________________________；
(3)该研究性实验________(填“能”或“不能”)验证电荷守恒定律。
解析 用力将两块起电板快速摩擦后分开，两块起电板带上了等量异种电荷。步骤二中空心金属球与箔片组成的整体发生静电感应现象，故金属箔片张开；步骤三中两块起电板同时插入空心金属球，总电荷量为零，不发生静电感应现象，故金属箔片不张开。该实验能验证电荷守恒定律。
答案 (1)起电板使验电器感应起电 (2)两块起电板带有等量异种电荷 (3)能
10.有三个相同的绝缘金属小球A、B、C，其中A小球带有3×10－3 C的正电荷，B小球带有2×10－3 C的负电荷，小球C不带电。先让小球C与小球A接触后分开，再让小球B与小球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，试求这时三个小球所带的电荷量分别为多少？
解析 C、A接触后分开，A、C所带的电荷量均为eq \f(3×10－3,2) C＝1.5×10－3 C，再让小球B与小球A接触后分开，A、B所带的电荷量为eq \f(1.5×10－3－2×10－3,2) C＝
－2.5×10－4 C，最后让小球B与小球C接触后分开，B、C所带的电荷量均为eq \f(1.5×10－3－2.5×10－4,2) C＝6.25×10－4 C，故最终三小球所带的电荷量分别为qA＝－2.5×10－4 C，qB＝6.25×10－4 C，qC＝6.25×10－4 C。
答案 qA＝－2.5×10－4 C qB＝6.25×10－4 C qC＝6.25×10－4 C
核心素养
物理观念
科学思维
科学探究
1.知道使物体带电的几种方式。
2.理解电荷守恒定律的内容。
运用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。
通过实验，观察并分析静电现象。
方式
内容
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生条件
两不同绝缘体摩擦时
导体靠近带电体时
导体与带电体接触时
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
导体带上与带电体电性相同的电荷
方式
内容
摩擦起电
感应起电
接触带电
微观解释
不同物质的原子核对核外电子的约束力不同，摩擦时电子从一物体转移到另一物体
导体中的自由电子受到带电体对它的排斥(或者吸引)，而移向导体的远端(或者近端)
电荷间的相互作用，使得自由电子在带电体和导体上转移，且重新分布
实质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移
实验
操作
步骤一：手持有机玻璃棒，用力将两块起电板快速摩擦后分开
步骤二：将其中一块起电板插入金属箔片验电器上端的空心金属球(不要接触金属球)
步骤三：将两块起电板同时插入空心金属球
实验
图解
实验
现象
金属箔片张开
金属箔
片闭合
课标要求
1.通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。了解生产生活中关于静电的利用与防护。
2.知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法。
3.知道电场是一种物质。了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。
第1节 静电的产生及其微观解释
知识点一 静电的产生
[观图助学]
俯视逆时针转动 俯视顺时针转动
观察上图现象你可以得出什么结论？
观察上图现象，思考电荷是如何移动的？
1.电荷
(1)电荷量：电荷的多少。在国际单位制中，电荷量的单位为库仑，简称库，符号为C。
(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.摩擦起电：当两个由不同物质组成的物体互相摩擦时，一个物体中某些原子的电子挣脱了原子核的束缚，转移到另一个物体上，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带等量的正电。
3.接触起电：当一个带电体接触导体时，电荷会发生转移，使导体也带电。
4.感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电子便会靠近或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷，这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。
[思考判断]
(1)摩擦起电是创造电荷的过程。(×)
(2)接触起电是电荷转移的过程。(√)
(3)玻璃棒无论和什么物体摩擦都会带正电。(×)
知识点二 产生静电的微观解释
[观图助学]
丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒失去了电子，带正电；丝绸得到了电子，带负电；从整体上看，两物体摩擦过程中电荷守恒吗？
1.电荷守恒定律
表述：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。在转移过程中，电荷的总量不变。
2.摩擦起电的实质：两个不同物质组成的物体相互摩擦，由于摩擦力做功，一个物体中的电子获得能量，挣脱原子核的束缚转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律，一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电。
3.感应起电的实质是在附近带电体所带电荷的作用下，导体中的自由电荷从导体的一部分转移到了另一部分。
[思考判断]
(1)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。(×)
(2)不带电的物体一定没有电荷。(×)
(3)带等量异种电荷的两个导体接触后，电荷会消失，这种现象叫电荷的湮没。(×)
(4)感应起电过程仍符合电荷守恒定律。(√)
验电器的构造、原理及用途
1.构造
2.原理
金属箔片带同种电荷后，由于同种电荷相互排斥而张开。
3.应用
(1)检验物体是否带电。
(2)物体带电的种类。
摩擦起电适用于绝缘体，接触起电和感应起电适用于导体。
物体带电的实质是电荷发生了转移，或物体间电荷的重新分配。
一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
金属结构
中性是指物体内有电荷存在，但正负电荷的绝对值相等，对外不显电性。
核心要点 三种起电方式的理解
[观察探究]
(1)用与丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的小球，会观察到什么现象？为什么。
答案 金属箔片张开。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。
(2)观察下述操作过程，会观察到什么现象？为什么。
答案 C在远处，金属箔片不张开，C移近后金属箔片张开，枕形导体分开，金属箔片仍张开，移走C，金属箔片张开。因为同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
[探究归纳]
三种起电方式的比较
[试题案例]
[例1] (多选)关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是( )
A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造出电荷
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部分转移到另一部分
D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体
解析 摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移，失去电子的带正电，得到电子的带负电，此过程并非创造了电荷，而是总电荷量守恒，A错误，B正确；感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，是电荷在同一导体内部发生了转移，C正确，D错误。
答案 BC
[例2] (多选)如图所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列方法中能使两球都带电的是( )
A.先把两球分开，再移走棒
B.先移走棒，再把两球分开
C.使棒与甲球瞬时接触，再移走棒
D.先使乙球瞬时接地，再移走棒
导体与大地组成一个大的导体，则该导体为近端，带异种电荷，地球为远端，带同种电荷
解析 由于静电感应，甲球感应出正电荷，乙球感应出负电荷，把两球分开后，它们带上了等量异种电荷，所以A正确；若先将棒移走，则两球不会有静电感应现象产生，所以不会带上电荷，B错误；使棒与甲球接触，则两球会因接触而带上负电荷，所以C正确；若使乙球瞬时接地，则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走，再将棒移走，由于甲、乙是接触的，所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上，结果是两球都带上了正电荷，所以D正确。
答案 ACD
[针对训练1] (多选)如图所示，有一带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则( )
A.金属球A可能不带电
B.金属球A一定带正电
C.金属球A可能带负电
D.金属球A一定带负电
解析 验电器的金属箔片之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小决定于两金属箔片带电荷量的多少。如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金属箔片上的正电荷“上移”，从而使两金属箔片张角减小，选项C正确，B错误；如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象使A球靠近B球的一面出现负的感应电荷，而远离B球的一面出现正的感应电荷。A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，由于负电荷离验电器较近而表现为吸引作用，从而使金属箔片张角减小，选项A正确，D错误。
答案 AC
核心要点 产生静电的微观解释
[观察探究]
甲、乙两同学各拿一带电小球做实验时不小心两小球接触了一下，结果两小球都没电了！电荷到哪里去了呢？是否违背了电荷守恒定律？
答案 两球都没电了，说明原来的两球带等量异种电荷，两球接触时，正、负电荷中和了，不违背电荷守恒定律。
[探究归纳]
1.对电荷守恒定律的理解
电荷守恒定律是自然界最基本的规律之一，任何电现象都遵守电荷守恒定律。
实例：一个高能光子可以产生一对正、负电子，一对正、负电子可同时湮没，转化为光子。带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变。
2.三种带电的微观解释
3.接触起电现象中电荷量的分配(两个完全相同的金属球)
带同种电荷(Q1和Q2)接触后平分原来的所带电荷的总和，即Q1′＝Q2′＝eq \f(Q1＋Q2,2)。
带异种电荷(Q1和－Q2)接触后先中和后平分，即Q1′＝Q2′＝eq \f(Q1－Q2,2)。
带等量异种电荷的两个物体接触时，经过电荷的转移，物体达到电中性。
[试题案例]
[例3] 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＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属球接触。在接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子如何转移？转移了多少个电子？
解析 由于QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，根据电荷均分规律，两球接触时带电荷量相同，则QA′＝QB′＝eq \f(QA＋QB,2)＝1.6×10－9 C。两球接触时，自由电子由B向A转移，转移电子的个数n＝eq \f(QA－QA′,e)＝eq \f(（6.4－1.6）×10－9,1.6×10－19)＝3.0×1010(个)
答案 均为1.6×10－9 C 自由电子由B向A转移 3.0×1010个
[针对训练2] 完全相同的两金属小球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，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，带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝eq \f(1,2)q。
C与B球接触后，B、C所带电荷量为qB＝qC′＝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(qA,qB)＝eq \f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq \f(2,3)。
(2)设qA＝＋q，qB＝－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)。
答案 (1)2∶3 (2)2∶1
[针对训练3] 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克带的电荷量为eq \f(2,3)e，d夸克带的电荷量为－eq \f(1,3)e，e为元电荷，下列论断中可能正确的是( )
A.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
解析 质子eq \\al(1,1)H带电荷量为2×eq \f(2,3)e＋eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－\f(1,3)e))＝e，中子eq \\al(1,0)n带电荷量为eq \f(2,3)e＋2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－\f(1,3)e))＝0，可见B正确。
答案 B
1.(对三种起电方式的理解)人站在绝缘板上，手扶着起电机，头发竖起来，则头发带电的方式属于( )
A.摩擦起电
B.接触起电
C.感应起电
D.以上方式都不属于
解析 通过接触的方式使人与起电机带同种电荷，同种电荷相互排斥，所以人的头发才会竖起来，B正确。
答案 B
2.(感应起电的理解)如图所示，不带电的导体B在靠近带正电的导体A后，P端和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A，则导体B将带正电
解析 导体B靠近带正电的导体A后，由于静电感应，靠近A的P端感应出负电荷，而远离A的Q端感应出等量的正电荷。接地后，导体B与大地成为一个新的导体，无论哪一端接地，大地都是这个新导体的远端，而P端仍然是近端，故负电荷仍然在P端，而Q端原来感应出的正电荷被从大地流来的负电荷中和了，断开导线，取走A后，P端的负电荷就留在导体B上，所以导体B带负电，故选A。
答案 A
3.(电荷守恒定律)两个相同的金属小球M、N，带电荷量分别为－4q和＋2q。两球接触后分开，M、N所带的电荷量分别为( )
A.＋3q，－3q B.－2q，＋4q
C.＋2q，－4q D.－q，－q
解析 两个相同的金属小球接触，电荷先中和后均分，则有QM′＝QN′＝eq \f(QM＋QN,2)＝eq \f(－4q＋2q,2)＝－q，选项D正确。
答案 D
4.(电荷守恒定律)(多选)一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上电荷几乎不存在了，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.该现象是由于电子的转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律
解析 绝缘小球上电荷量减少是由于电子通过空气导电转移到外界，只是小球上的电荷量减少，但是这些电子并没有消失，故A、B错误，C正确；就小球和整个外界组成的系统而言，其电荷的总量仍保持不变，故D正确。
答案 CD
eq \a\vs4\al(三种起,电方式)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(摩擦起电——绝缘体,\b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(接触起电,感应起电))——导体))
起电的实质——电荷的转移
一个规律——电荷守恒定律
基础过关
1.一个带电导体与另一个不带电导体接触，下列说法正确的是( )
A.两物体一定带异种电荷
B.两物体一定带同种电荷
C.两物体一定带不等量的同种电荷
D.两物体一定带等量的同种电荷
解析 一个带电导体与另一个不带电导体接触，电荷会发生转移，所以一定带同种电荷，选项A错误，B正确；若两个导体完全相同，则两个导体带等量的同种电荷，否则两个导体带不等量的同种电荷，选项C、D错误。
答案 B
2.某次实验中，老师用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近锡箔屑，发现锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速地向空中散开，如图所示，下列说法正确的是( )
A.锡箔屑被吸引过程会因为获得电子而带负电
B.锡箔屑被吸引过程是减速过程
C.最后锡箔屑散开是因为碰撞导致
D.散开时锡箔屑带正电
解析 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，带电体具有吸引轻小物体的性质，锡箔屑被吸引，锡箔屑在被吸引到玻璃棒上之前不带电，锡箔屑被吸引到玻璃棒上后带正电，故A错误；锡箔屑被吸引过程是加速过程，故B错误；最后锡箔屑散开主要是因为锡箔屑带正电，而同种电荷相互排斥，故C错误，D正确。
答案 D
3.如图所示，放在绝缘支架上带正电的导体球A，靠近放在绝缘支架上不带电的导体B，导体B用导线经开关接地，现把S先闭合再断开，再移走A，则导体B( )
A.不带电 B.带正电
C.带负电 D.不能确定
解析 根据静电感应现象和电荷间的相互作用，可知S闭合之前B的a端带负电荷，b端带等量正电荷，S先闭合再断开，再移走A，导体B带负电，故选项C正确。
答案 C
4.(多选)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，由此对摩擦起电的说法正确的是( )
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
解析 两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小，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；由题中实验不难看出，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。
答案 CD
5.使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开。如图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是( )
解析 把带电金属球移近不带电的验电器，会改变验电器上的电荷分布；由于电荷间同性相斥、异性相吸，使得验电器上靠近带电金属球的一端和其电性相反，而远离带电金属球的另一端和其电性相同，故选项B正确。
答案 B
6.(多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( )
A.摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷
B.摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体上
C.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，一定带有等量异种电荷
D.通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，可能带有同种电荷
答案 BC
能力提升
7.(多选)如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金属箔片。当枕形导体的A端靠近一带电导体C时( )
A.A端金属箔片张开，B端金属箔片闭合
B.用手触摸枕形导体B端后，A端金属箔片仍张开，B端金属箔片闭合
C.用手触摸枕形导体B端后，将手和C都移走，两对金属箔片均张开
D.选项A中两对金属箔片分别带异种电荷，选项C中两对金属箔片带同种电荷
解析 根据静电感应的原理知，带正电的导体C放在枕形导体附近，在A端出现了负电荷，在B端出现了正电荷，相应的金属箔片上带同种电荷，则A端和B端金属箔片均张开，选项A错误；用手触摸枕形导体B端后，B端不再带正电，金属箔片闭合，选项B正确；用手触摸枕形导体B端后，只有A端带负电，将手和C都移走，不再产生静电感应，A端所带负电荷便会分布在整个枕形导体上，A、B端均带负电，两对金属箔片均张开，选项C、D正确。
答案 BCD
8.如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电金属球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的是( )
A.沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QB>QA
B.只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB＝QA
C.沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QA
D.沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关
解析 静电感应使得A端带正电，B端带负电。导体原来不带电，只是在C中正电荷的作用下，导体中的自由电子向B端移动，使B端有多余的电子而带负电，A端少了电子，而带正电。A端移去的电子数目和B端多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷总量是相等的，但由于电荷之间的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布不均匀，越靠近B端，负电荷密度越大；越靠近A端，正电荷密度越大，因此从不同位置切开时，QA、QB的值是不同的，D正确。
答案 D
9.某研究性学习小组的同学设计了以下实验方案来验证电荷守恒定律。
根据以上实验过程和观察到的现象，回答下列问题：
(1)步骤二的实验现象说明：________________________________；
(2)步骤三的实验现象说明：________________________________；
(3)该研究性实验________(填“能”或“不能”)验证电荷守恒定律。
解析 用力将两块起电板快速摩擦后分开，两块起电板带上了等量异种电荷。步骤二中空心金属球与箔片组成的整体发生静电感应现象，故金属箔片张开；步骤三中两块起电板同时插入空心金属球，总电荷量为零，不发生静电感应现象，故金属箔片不张开。该实验能验证电荷守恒定律。
答案 (1)起电板使验电器感应起电 (2)两块起电板带有等量异种电荷 (3)能
10.有三个相同的绝缘金属小球A、B、C，其中A小球带有3×10－3 C的正电荷，B小球带有2×10－3 C的负电荷，小球C不带电。先让小球C与小球A接触后分开，再让小球B与小球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，试求这时三个小球所带的电荷量分别为多少？
解析 C、A接触后分开，A、C所带的电荷量均为eq \f(3×10－3,2) C＝1.5×10－3 C，再让小球B与小球A接触后分开，A、B所带的电荷量为eq \f(1.5×10－3－2×10－3,2) C＝
－2.5×10－4 C，最后让小球B与小球C接触后分开，B、C所带的电荷量均为eq \f(1.5×10－3－2.5×10－4,2) C＝6.25×10－4 C，故最终三小球所带的电荷量分别为qA＝－2.5×10－4 C，qB＝6.25×10－4 C，qC＝6.25×10－4 C。
答案 qA＝－2.5×10－4 C qB＝6.25×10－4 C qC＝6.25×10－4 C
核心素养
物理观念
科学思维
科学探究
1.知道使物体带电的几种方式。
2.理解电荷守恒定律的内容。
运用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。
通过实验，观察并分析静电现象。
方式
内容
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生条件
两不同绝缘体摩擦时
导体靠近带电体时
导体与带电体接触时
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
导体带上与带电体电性相同的电荷
方式
内容
摩擦起电
感应起电
接触带电
微观解释
不同物质的原子核对核外电子的约束力不同，摩擦时电子从一物体转移到另一物体
导体中的自由电子受到带电体对它的排斥(或者吸引)，而移向导体的远端(或者近端)
电荷间的相互作用，使得自由电子在带电体和导体上转移，且重新分布
实质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移
实验
操作
步骤一：手持有机玻璃棒，用力将两块起电板快速摩擦后分开
步骤二：将其中一块起电板插入金属箔片验电器上端的空心金属球(不要接触金属球)
步骤三：将两块起电板同时插入空心金属球
实验
图解
实验
现象
金属箔片张开
金属箔
片闭合
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