高中物理 第1章 靜電與靜電場 第1節(jié) 認識靜電教師用書 魯科版選修1-1

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第1節(jié)　認識靜電 課　標　解　讀 重　點　難　點 1.了解多種形式的靜電現(xiàn)象，知道物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)． 2.知道使物體帶電的方法：摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電．能用物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)解釋起電現(xiàn)象． 3.理解電荷守恒定律，體會大自然的和諧與美妙. 1.電荷守恒定律，物體帶電的原因．(重點) 2.對靜電現(xiàn)象的解釋．(難點) 靜電現(xiàn)象 1.基本知識 (1)不同材料的物體經(jīng)過摩擦后能吸引輕小物體的現(xiàn)象稱為“電化”或“帶電”． (2)通過摩擦可以使物體帶電，而且摩擦可以產(chǎn)生兩種不同的電荷． 2．思考判斷 (1)“頓牟掇芥”記載的是摩擦生電現(xiàn)象．(√) (2)電荷間的相互作用規(guī)律是同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引．(√) 物質(zhì)的電性 1.基本知識 (1)物質(zhì)的結(jié)構(gòu) 物體是由原子組成的，原子則是由帶正電的原子核以及環(huán)繞原子核運動的帶負電的電子組成的．而原子核又是由質(zhì)子和中子組成的．質(zhì)子帶正電，中子不帶電．在一般情況下，物體內(nèi)部的原子中電子的數(shù)目等于質(zhì)子的數(shù)目，整個物體不帶電，呈電中性． (2)兩種電荷：自然界中存在著兩種電荷，它們分別為正電荷和負電荷．用毛皮摩擦過的橡膠棒上帶的電荷叫負電荷；用絲綢摩擦過的玻璃棒上帶的電荷叫正電荷． (3)物體帶電的三種方式：摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電． 2．思考判斷 (1)帶電體靠近導(dǎo)體，導(dǎo)體感應(yīng)起電，拿走帶電體，導(dǎo)體仍然帶電．() (2)感應(yīng)起電的實質(zhì)是帶電體的電荷飛到了導(dǎo)體上．() 3．探究交流 現(xiàn)僅有一帶正電的電荷A和一個完整不可拆的導(dǎo)體B(A、B都帶有絕緣支架)，你能否使導(dǎo)體B帶上正電或負電？試用學(xué)過的知識簡要分析． 【提示】　起電的方式有摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電，若選擇讓A、B直接接觸的方式，可使導(dǎo)體B帶上正電；若選擇用A去靠近B，用感應(yīng)的方式讓B帶電，似乎還缺少一個導(dǎo)體C，其實人是一個很好的導(dǎo)體，在A靠近B時，用手觸摸B，拿開手后再取走A，B則帶上了負電. 電荷守恒定律 1.基本知識 任何孤立系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變．在一個系統(tǒng)的內(nèi)部，電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體．但是，在這個過程中系統(tǒng)總的電荷是不改變的． 2．思考判斷 (1)物體帶電的實質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移．(√) (2)三種起電方式中，感應(yīng)起電違背了電荷守恒定律．() 3．探究交流 在干燥的冬天，你也許有過這樣的經(jīng)歷：當(dāng)你經(jīng)過鋪有地毯的走道來到房間門口，在伸手接觸金屬門把手的一剎那，突然聽到“啪”的一聲，把你“猛擊”一下，弄得你虛驚一場(如圖111所示)，想一想這是為什么？ 圖111 【提示】　人在地毯上行走，由于腳與地毯的摩擦，時間久了人身上會帶有因摩擦而產(chǎn)生的大量電荷，當(dāng)人手與金屬門把手接觸的瞬間放電，會發(fā)出“啪”的聲響，同時人感到有觸電的感覺． 使物體帶電的三種方式 【問題導(dǎo)思】　 1．摩擦起電的原因是什么？ 【提示】　電子的得失． 2．接觸起電時電荷的分配有什么規(guī)律？ 【提示】　兩個完全相同的導(dǎo)體球等分總電量． 3．感應(yīng)起電有怎樣的規(guī)律？ 【提示】　導(dǎo)體兩端感應(yīng)出等量異種電荷． 1．摩擦起電 (1)用摩擦的方法使物體帶電：兩個不同種類的物體相互摩擦，其中一個物體失去電子而帶正電，另一個物體獲得電子而帶等量的負電． (2)摩擦起電的原因：不同物質(zhì)組成的物體，由于原子核對核外電子的束縛能力不同，在摩擦過程中由于摩擦力做功，對核外電子的束縛能力弱的原子失去電子而帶正電，對核外電子的束縛能力強的原子獲得電子而帶負電，且兩個物體帶等量的正、負電荷． 2．接觸起電 (1)方法：用一個不帶電的物體去接觸另一個帶電的物體，帶電物體的凈電荷的一部分就會轉(zhuǎn)移到原來不帶電的物體上，使原來不帶電的物體帶電． (2)規(guī)律：兩個完全相同的導(dǎo)體球發(fā)生接觸時，同種電荷總電荷量平均分配，異種電荷先中和后再平分；兩個導(dǎo)體球分離后，各帶等量的同種電荷(恰好中和時，兩導(dǎo)體球都不帶電)． 3.感應(yīng)起電 (1)方法：用帶電的物體靠近沒有帶電的物體，也能使沒有帶電的物體帶電．例如，將一個帶電的物體靠近一個原來沒有帶電的金屬導(dǎo)體，金屬內(nèi)部的自由電子就會發(fā)生移動，從而在導(dǎo)體表面出現(xiàn)“感應(yīng)電荷”．如果將帶電的物體靠近絕緣體，絕緣體內(nèi)部的電子雖然不會自由移動，但帶電物體的作用會使絕緣體內(nèi)部電子的方向發(fā)生改變，出現(xiàn)“極化”現(xiàn)象，使其帶電． (2)規(guī)律：感應(yīng)起電時，原來不帶電的導(dǎo)體的兩端同時感應(yīng)出等量的異種電荷，且靠近帶電體一端感應(yīng)出的電荷與帶電體帶的電荷是異種電荷，遠離帶電體一端感應(yīng)出的電荷與帶電體帶的電荷是同種電荷． 　關(guān)于電現(xiàn)象，下列敘述正確的是(　　) A．玻璃棒無論與什么物體摩擦都帶正電，橡膠棒無論與什么物體摩擦都帶負電 B．摩擦可以起電是普遍存在的現(xiàn)象，相互摩擦的任意兩個物體總是同時帶等量異種電荷 C．帶電現(xiàn)象的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，呈電中性的物體得到電子就一定顯負電性，失去電子就一定顯正電性 D．摩擦起電是通過摩擦創(chuàng)造了等量的異種電荷的過程 【審題指導(dǎo)】　摩擦起電的過程是一個物體失去電子、另一個物體得到電子的過程．玻璃棒并不是跟任何物體摩擦都帶正電．兩種物質(zhì)比較，看哪一種更容易失去電子，才能決定摩擦起電的結(jié)果． 【解析】　使物體帶電的實質(zhì)就是電荷重新分布，使原來不帶電的物體帶了電．電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在任何轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不變． 【答案】　C 使物體帶電的三種方式都是使電荷重新分布，但電荷的總量是保持不變的． 1．在感應(yīng)起電中帶負電物體靠近帶絕緣底座的導(dǎo)體時，如圖112所示M處將(　　) 圖112 【導(dǎo)學(xué)號：31870000】 A．帶正電 B．帶負電 C．不帶電 D．以上答案均有可能 【解析】　由同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引可知，導(dǎo)體中的負電荷被排斥到M處，所以選項B正確． 【答案】　B 電荷守恒定律的理解 【問題導(dǎo)思】　 1．物體帶電的實質(zhì)是什么？ 【提示】　電荷的轉(zhuǎn)移． 2．各種起電現(xiàn)象是否都遵守電荷守恒定律？ 【提示】　是． 1．物體帶電的實質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是物體間電荷的重新分配． 2．“起電”并不是創(chuàng)造電荷，只是電荷在不同物體或物體不同部分間的轉(zhuǎn)移．當(dāng)一個物體得到電荷時，其他物體失去電荷；它所得到的電荷就是其他物體失去的電荷．任何孤立系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變．在一個系統(tǒng)的內(nèi)部，電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，但是在這個過程中電荷既沒創(chuàng)生也沒有消滅，系統(tǒng)的總的電荷是不改變的． 　 任何孤立系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變．這里所謂“孤立”系統(tǒng)，就是指與外界沒有進行電荷交換的系統(tǒng)，但在系統(tǒng)內(nèi)可能存在多個物體，在這些物體間電荷是可以轉(zhuǎn)移的． 　原來甲、乙、丙三個完全相同的物體都不帶電，今使甲、乙兩物體相互摩擦后，乙物體再與丙物體接觸，最后，得知甲物體帶正電1.610－15 C，丙物體帶電810－16 C．則對于最后乙、丙兩物體的帶電情況下列說法中正確的是(　　) A．乙物體一定帶有負電荷810－16 C B．乙物體可能帶有負電荷2.410－15 C C．丙物體一定帶有正電荷810－16 C D．丙物體一定帶有負電荷810－16 C 【審題指導(dǎo)】　(1)兩不帶電的物體摩擦后帶等量異種電荷． (2)兩相同小球接觸后將等分總電量． 【解析】　由于甲、乙、丙原來都不帶電，即都沒有凈電荷，甲、乙摩擦導(dǎo)致甲失去電子而帶1.610－15 C的正電荷，乙物體得到電子而帶1.610－15 C的負電荷；乙物體與不帶電的丙物體相接觸，從而使一部分負電荷轉(zhuǎn)移到丙物體上，故可知乙、丙兩物體都帶負電荷，由電荷守恒可知乙最終所帶負電荷為1.610－15 C－810－16 C＝810－16 C，故A、D正確． 【答案】　AD 當(dāng)兩個物體相互接觸時，可以使原來不帶電的物體帶電，這種方式稱為接觸帶電．兩種帶電的物體(完全相同)相互接觸時，若是同種電性電荷則電荷量平分，若是異種電荷則電荷要先中和后平分． 2．一帶負電絕緣金屬小球放在潮濕的空氣中，經(jīng)過一段時間后，發(fā)現(xiàn)該小球上凈電荷幾乎不存在，這說明(　　) A．小球上原有的負電荷逐漸消失了 B．在此現(xiàn)象中，電荷不守恒 C．小球上負電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了 D．該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起，仍然遵循電荷守恒定律 【解析】　絕緣小球上電荷量減少是由于電子通過空氣導(dǎo)電轉(zhuǎn)移到外界，只是小球上電荷量減少，但是這些電子并沒消失，故A、B錯，C對．就小球和整個外界組成的系統(tǒng)而言，其電荷的總量仍保持不變，故D正確． 【答案】　CD 【備課資源】(教師用書獨具) 會跳舞的紙人 在干燥的桌面上放置一些“小紙人”，將一塊玻璃兩邊用書支起平放在“小紙人”的正上方，當(dāng)用硬泡沫塑料在玻璃上表面來回摩擦?xí)r，會發(fā)現(xiàn)“小紙人”能翩翩起舞，如果實驗前用一根火柴將“跳舞區(qū)”烤烤，實驗效果會更好．如果向“跳舞區(qū)”哈一口氣，“小紙人”就跳得不活躍或不能跳舞了． 為什么“小紙人”會在被摩擦的玻璃下翩翩起舞呢？為什么實驗前用一根火柴將“跳舞區(qū)”烤烤或者哈氣會影響實驗效果呢？ 在用硬泡沫塑料在玻璃上表面來回摩擦?xí)r，可以使玻璃帶上電荷，玻璃對下面的“小紙人”產(chǎn)生吸引作用．當(dāng)吸引力大于“小紙人”的重力時，“小紙人”會飛起來；當(dāng)吸引力小于其重力時，“小紙人”又落下來，由于硬泡沫塑料在玻璃上來回摩擦，使得電荷在玻璃上的分布也隨著變化，對不同位置的“小紙人”的吸引力也不斷變化，因此我們看到了“小紙人”時起時落、翩翩起舞的現(xiàn)象， 用一根火柴將“跳舞區(qū)”烤烤，空氣濕度小，此時空氣是不良導(dǎo)體，物體上的電荷不容易被導(dǎo)走，物體帶電荷量增多，實驗效果明顯；如果向“跳舞區(qū)”哈一口氣會使“跳舞區(qū)”空氣變得潮濕，空氣很容易將電荷導(dǎo)走一部分，物體上電荷量減少，實驗效果不明顯. 1．關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)起電的實質(zhì)，下列說法正確的是(　　) A．摩擦起電現(xiàn)象說明了機械能可以轉(zhuǎn)化為電能，也說明通過做功可以創(chuàng)造電荷 B．摩擦起電說明電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 C．感應(yīng)起電說明電荷可以從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到物體的另一個部分 D．感應(yīng)起電說明電荷從帶電的物體轉(zhuǎn)移到原來不帶電的物體上去了 【解析】　摩擦起電的實質(zhì)：兩物體互相摩擦?xí)r，束縛不緊的電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上．感應(yīng)起電的實質(zhì)：帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷之間的相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷趨向或遠離帶電體，使靠近導(dǎo)體一端帶異種電荷，遠離的另一端帶同種電荷，即電荷在物體不同部分之間的轉(zhuǎn)移．根據(jù)電荷守恒定律，電荷不能被創(chuàng)造．選項B、C正確． 【答案】　BC 2．將一束塑料包扎帶一端打結(jié)，另一端撕成細條后，用手迅速捋細條，觀察到細條散開了，如圖113所示，下列關(guān)于細條散開現(xiàn)象的分析中，正確的是(　　) 圖113 A．撕成細條后，由于空氣浮力作用使細條散開 B．撕成細條后，所受重力減小，細條自然松散 C．由于摩擦起電，細條帶同種電荷，相互排斥散開 D．細條之間相互感應(yīng)起電，相互排斥散開 【解析】　由于手在捋塑料細條時摩擦起電，細條帶同種電荷相互排斥而散開．C選項正確． 【答案】　C 3．有A、B、C三個塑料小球，A和B、B和C、C和A間都是相互吸引的，如果A帶正電，則(　　) A．B、C球均帶負電 B．B球帶負電，C球帶正電 C．B、C球中必有一個帶負電，而另一個不帶電 D．B、C球都不帶電 【解析】　因為A和B、C和A是相互吸引的，如果A帶正電，說明B、C不可能帶正電，但是B和C也是互相吸引的，因此B、C不能帶同號電荷且必有一個帶電，由此可見C項正確． 【答案】　C 4．如圖114所示，兩個帶電球，大球的電荷量大于小球的電荷量，可以肯定(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：31870001】 圖114 A．兩球都帶正電 B．兩球都帶負電 C．大球受到的靜電力大于小球受到的靜電力 D．兩球受到的靜電力大小相等 【解析】　由圖中小球向右傾斜可知，小球受斥力作用，兩球帶同種電荷，但無法確定是哪種電荷，故A、B均錯誤；由牛頓第三定律可知，兩球間的靜電力大小相等，方向相反，故C錯誤，D正確． 【答案】　D 學(xué)業(yè)達標測評(一) (建議用時：45分鐘) 1．下列現(xiàn)象中不屬于摩擦起電的是(　　) A．被絲綢摩擦過的玻璃棒能吸引碎紙屑 B．在干燥的冬季脫毛絨衣時，會聽到輕微的噼啪聲 C．擦黑板時粉筆灰紛紛飛揚，四處飄落 D．穿著化纖類織物的褲子走路時，褲腿上常容易吸附灰塵 【解析】　摩擦起電后物體帶靜電，能吸引輕小物體，也能產(chǎn)生火花放電，故選項C正確． 【答案】　C 2．下列關(guān)于物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)的說法正確的是(　　) A．物質(zhì)是由原子組成的，原子是由帶正電的原子核和繞核旋轉(zhuǎn)的帶負電的電子組成的 B．原子核是由質(zhì)子和中子組成的 C．質(zhì)子帶正電，電子帶負電，中子不帶電 D．電中性的物體若內(nèi)部的原子失去電子，則該物體帶了負電 【解析】　電中性的物體若內(nèi)部的原子失去電子，則該物體帶了正電．故D錯誤． 【答案】　ABC 3．把兩個完全相同的金屬球A和B接觸一下，再分開一段距離，發(fā)現(xiàn)兩球之間相互排斥，則A、B兩球原來的帶電情況不可能的是(　　) A．帶有等量異種電荷 B．帶有等量同種電荷 C．帶有不等量異種電荷 D．一個帶電，一個不帶電 【解析】　兩個完全相同的金屬球相互接觸，電荷的分配原則是：同種電荷時相互平分，異種電荷時先中和再平分，所以兩球接觸后再分開，表現(xiàn)為相互排斥，則兩球一定不可能帶等量異種電荷．故選A. 【答案】　A 4．把一個帶正電的金屬球A跟不帶電的同樣的金屬球B相碰，兩球都帶等量的正電荷，這是因為(　　) A．A球的正電荷移到B球上 B．B球的負電荷移到A球上 C．A球的負電荷移到B球上 D．B球的正電荷移到A球上 【解析】　A、B兩球相碰時，B球上的電子(負電荷)在A球上正電荷的吸引力作用下，移到A球上，B球失去電子帶正電，A球得到電子，中和部分電荷后，仍帶正電． 【答案】　B 5．兩個大小材質(zhì)完全相同的金屬小球a、b，帶電量分別為＋3q和－q，兩小球接觸后分開，小球帶電量為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：31870002】 A．a(chǎn)為＋3q，b為－q　 B．a(chǎn)為－q，b為＋3q C．a(chǎn)為＋2q，b為－2q D．a(chǎn)為＋q，b為＋q 【解析】　完全相同的金屬接觸后平分電荷，故選項D對． 【答案】　D 6．關(guān)于摩擦起電現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生電子和質(zhì)子 B．兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后，同時帶上等量異種電荷 C．摩擦起電，可能是因為摩擦導(dǎo)致質(zhì)子從一個物體轉(zhuǎn)移到了另一個物體而形成的 D．絲綢摩擦玻璃棒時，電子從玻璃棒上轉(zhuǎn)移到絲綢上，玻璃棒因質(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電 【解析】　兩種不同材料的絕緣體相互摩擦，使電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，失去電子的帶正電，得到電子的帶負電，質(zhì)子并不發(fā)生轉(zhuǎn)移，而且相互摩擦的兩個物體同時帶上等量異種電荷，故B、D均正確． 【答案】　BD 7．毛皮與橡膠棒摩擦后，毛皮帶正電，這是因為(　　) A．毛皮上的一些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上 B．毛皮上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到橡膠棒上 C．橡膠棒上的一些電子轉(zhuǎn)移到毛皮上 D．橡膠棒上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到毛皮上 【解析】　毛皮與橡膠棒摩擦后，毛皮帶正電，是因為毛皮上的一些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上，從而使橡膠棒帶負電，故A正確． 【答案】　A 8．如圖115所示，當(dāng)帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導(dǎo)體時，枕形導(dǎo)體上的電荷移動情況是(　　) 圖115 A．枕形金屬導(dǎo)體上的正電荷向B端移動，負電荷不移動 B．枕形金屬導(dǎo)體上的帶負電的電子向A端移動，正電荷不移動 C．枕形金屬導(dǎo)體上的正、負電荷同時分別向B端和A端移動 D．枕形金屬導(dǎo)體上的正、負電荷同時分別向A端和B端移動 【解析】　感應(yīng)起電的實質(zhì)：當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷之間的相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷趨近或遠離帶電體，使導(dǎo)體上靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠離的一端帶同種電荷．即負電荷在物體的不同部分之間轉(zhuǎn)移，但正電荷不移動． 【答案】　B 9．(2016臺州高二檢測)如圖116所示，將帶電棒移近兩個不帶電的導(dǎo)體球，兩個導(dǎo)體球開始時互相接觸且對地絕緣，下述幾種方法中能使兩球都帶電的是(　　) 圖116 A．先把兩球分開，再移走棒 B．先移走棒，再把兩球分開 C．先將棒接觸一下其中的一球，再把兩球分開 D．棒的帶電情況不變，兩導(dǎo)體球不能帶電 【解析】　帶電棒靠近兩導(dǎo)體球時，會在甲球感應(yīng)出異種電荷，乙球聚集同種電荷．此時若先分開甲、乙，再拿走棒，甲帶上與帶電棒電性相反的電荷，乙?guī)吓c之相同的電荷；若先移走帶電棒，甲、乙兩球?qū)⒊孰娭行?，再分開甲、乙兩球，兩球都不帶電，故選項A對，選項B、D錯．將帶電棒與兩球接觸，帶電棒上的電荷將轉(zhuǎn)移到兩球上，分開后兩球帶上與帶電棒同種性質(zhì)的電荷，故選項C對． 【答案】　AC 10．如圖117所示，將不帶電的導(dǎo)體A、B接觸后去靠近帶正電的帶電體C，由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體A、B兩端出現(xiàn)等量異種電荷，這時先把A、B分開，然后移去C.則A、B兩導(dǎo)體分別帶上了________、________電荷． 圖117 【解析】　在帶電體C的正電荷作用下，導(dǎo)體AB上的電子做定向移動，使得A端得到電子帶負電，B端失去電子而帶正電，若先把A、B分開，再移去C，A端的電子無法再轉(zhuǎn)移回B端，使A導(dǎo)體帶上負電，B導(dǎo)體帶上正電． 【答案】　負　正 11．如圖118所示的帶電小球與手指之間可以產(chǎn)生相互吸引，帶電的梳子可以吸引不帶電的小球．你能解釋為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象嗎？ 圖118 【解析】　因為帶電體在靠近不帶電體時，不帶電體靠近帶電體的一端，由于靜電感應(yīng)，會帶上與帶電體相異的電荷，異種電荷相互吸引．如本題中帶電的小球靠近不帶電的手指時，手指上感應(yīng)出了異種電荷，手指與帶電小球之間有吸引作用，所以就出現(xiàn)了題圖中所述現(xiàn)象；同理不帶電的小球靠近帶電的梳子時，會因感應(yīng)起電，而出現(xiàn)題圖所描述的現(xiàn)象． 【答案】　見解析