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2020-2021学年高中物理 第一章 静电场的描述 第一节 静电现象教案 粤教版必修3

2020-2021学年高中物理 第一章 静电场的描述 第一节 静电现象教案 粤教版必修3

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第一节　静电现象
核心素养点击
物理观念
知道自然界中的两种电荷及三种起电方式；掌握电荷守恒定律；知道电荷量及元电荷的概念。
科学思维
理解金属的微观结构模型，知道无论哪种起电方式，都没有创造电荷，而是电荷在物体之间或物体的各部分之间发生了转移。
科学探究
通过观察静电感应现象，理解带电体靠近导体时感应起电的过程。

1．填一填
(1)两种电荷的性质：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
(2)物体带电的三种方法：摩擦起电、感应起电、接触起电。
(3)静电感应：由于受附近带电体影响而引起导体中正负电荷重新分布的现象。
2．判一判
(1)丝绸与任何物体摩擦后都带负电。(×)
(2)两个正电荷相互排斥，两个负电荷相互吸引。(×)
(3)静电感应就是导体中正负电荷重新分布的现象。(√)
3．想一想
　用摩擦过丝绸的玻璃棒和摩擦过的琥珀分别去接触碎纸屑和羽毛。

能观察到什么现象？怎样解释？
提示：摩擦过的玻璃棒能够吸引碎纸屑，摩擦过的琥珀能够吸引羽毛；原因是摩擦过的玻璃棒和琥珀都带了电，带电体能吸引轻小物体。

1．填一填
(1)电荷量：物体所带电荷数量的多少叫作电荷量，常用符号Q或q表示，其国际单位是库仑，简称库，符号为C。
(2)元电荷：科学实验发现电子所带的电荷量最小，且其他带电体所带电荷量是电子或质子电荷量的整数倍，人们把一个电子(或质子)所带电量的绝对值叫作元电荷，用e表示，在计算中通常取e＝1.60×10－19 C。
(3)比荷：电子的电量e跟电子的质量me之比，叫作电子的比荷，其值为＝1.76×1011 C/kg。
(4)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。在任何转移的过程中，电荷的总量保持不变。
②适用范围：电荷守恒定律不仅在一切宏观物理过程中成立，而且也是一切微观物理过程所普遍遵循的规律。
2．判一判
(1)电荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。(√)
(2)元电荷就是质子或电子。(×)
(3)所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍。(√)
3．选一选
如图所示，在真空中，把一个中性的绝缘导体M向带负电的球P慢慢靠近，下列说法中错误的是(　　)

A．M两端的感应电荷越来越多
B．M两端的感应电荷是同种电荷
C．M两端的感应电荷是异种电荷
D．M两端的感应电荷的电荷量相等
解析：选B　M向P靠得越近，M中的自由电子受到P的排斥力越大，两端的感应电荷越多，根据电荷守恒定律，M两端将出现等量的异种电荷，B错误。

1．填一填
(1)摩擦起电
当两个物体互相摩擦时，使一个物体中的一些原子的电子获得了能量，挣脱了原子核的束缚，转移到了另外一个物体上。如玻璃棒与丝绸摩擦时，玻璃棒容易失去电子而带正电，丝绸因有了多余电子而带负电。
(2)感应起电
当一个带电体靠近导体时，导体中的自由电子会向靠近或远离带电体的地方移动。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，这种现象叫作静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。
2．判一判
(1)感应起电实际上是创造了电荷。(×)
(2)任何起电过程物质内电荷的总量都是不变的。(√)
(3)不论何种方式的起电，实质都是电荷的转移。(√)
3．想一想
如图所示，在真空中，把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近。绝缘导体两端的电荷如图所示。

根据以上情景，解释感应起电的实质。
提示：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，使导体两端带上等量异种电荷，故感应起电的实质是自由电荷的转移，是从物体的一部分转移到另一部分。

(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这时把导体A和B分开，然后移去C，金属箔片又有什么变化？
③再让导体A和B接触，又会看到什么现象？
提示：①C移近导体A，两侧金属箔片都张开；
②两侧金属箔片仍张开，但张角变小；
③导体A、B接触，两侧金属箔片都闭合。
(2)带正电的导体A与不带电的导体B接触，使导体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？
提示：正电荷，在这个过程中，有电子从导体B转移到导体A，导体B中电子数量减少，因此带正电。　　　　
[重难释解]
三种起电方式的比较

摩擦起电
感应起电
接触起电
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
导体带上与带电体同种的电荷
原因
不同物质原子核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
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
在电荷间相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体
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

[多选]如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起始它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电荷的小球，下列说法中不正确的是(　　)
A．把C移近导体A时，A带负电、B带正电
B．先把C移近导体A，再把A、B分开，然后移去C，则A、B上的金属箔片仍张开
C．先把C移走，再把A、B分开，A上的金属箔片仍张开
D．把C移近导体A，先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，则A上的金属箔片仍张开，而B上的金属箔片闭合
[解析]　感应起电是使物体带电的一种方法，根据电荷间的相互作用规律可知，把C移近导体A时，有电子从导体B转移到导体A，所以导体两端的金属箔片都张开，且左端带负电，右端带正电，此时把A和B分开，A带负电，B带正电，金属箔片仍张开，故A、B正确；先把C移走，A、B不再带电，再把A、B分开，A、B上的金属箔片不会张开，故C不正确；先把A、B分开，再把C移走，A、B仍带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷完全中和，A、B上的金属箔片都不会张开，故D错误。
[答案]　CD
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。

说明：用手摸一下导体，再移开手，相当于先把导体接地，然后再与大地断开。

[素养训练]
1．不带电的玻璃棒与丝绸相互摩擦后都带上了电，如图所示。其原因是(　　)

A．丝绸创造了负电荷
B．玻璃棒创造了正电荷
C．玻璃棒上有些电子转移到丝绸上
D．丝绸上有些电子转移到玻璃棒上
解析：选C　不带电的玻璃棒与丝绸相互摩擦后玻璃棒带正电，丝绸带负电，是因为玻璃棒上有些电子转移到丝绸上，玻璃棒由于失去电子带正电，丝绸由于得到电子带负电，故C项正确。
2.如图所示，当将带正电荷的球C移近不带电的枕形金属导体时，枕形金属导体上电荷的移动情况是(　　)
A．枕形金属导体中的正电荷向B端移动，负电荷不移动
B．枕形金属导体中的负电荷向A端移动，正电荷不移动
C．枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动
D．枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动
解析：选B　金属导体中能够移动的自由电荷是电子(负电荷)，自由电子的移动导致A、B端带不同的电荷，B正确，A、C、D错误。
3.
如图所示，放在绝缘支架上带正电荷的导体球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先合上再断开，再移走A，则导体B(　　)
A．不带电　　　　　　　 B．带正电荷
C．带负电荷 D．不能确定
解析：选C　根据静电感应现象和电荷间的相互作用，可判断导体B带负电荷，故选项C正确。

如图是三种起电的方式
(1)甲图中为摩擦起电，怎样体现电荷守恒定律？
提示：摩擦过程中，玻璃棒和丝绸之间电荷发生转移，但两者电荷的总量不变。
(2)乙图中为接触起电，怎样体现电荷守恒定律？
提示：带电体和人之间发生电荷转移，电荷的总量不变。
(3)丙图为感应起电，怎样体现电荷守恒定律？
提示：电荷从物体的一端转移到另一端，物体上电荷的总量不变。　　　　

[重难释解]
1．使物体带电的实质不是创造了电荷，而是物体所带的电荷发生了转移，起电的过程就是物体间或物体内部电荷的重新分布。
2．电荷的中和并不是指电荷消失，而是指带等量异种电荷的两物体接触时，经过电子的转移，物体达到电中性的过程。
3．元电荷
(1)元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分。
(2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷。
(3)电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比，叫作电子的比荷。

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A、B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A、B两球带电荷量大小之比。
[解析]　(1)设A、B带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝q。
C与B接触后，B、C所带电荷量为qB＝qC′＝＝q。
故A、B带电荷量大小之比为＝＝。
(2)设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＝＋Q。
C与B接触后，B、C带电荷量为
QB＝QC′＝＝－Q，
故A、B带电荷量大小之比为＝＝。
[答案]　(1)2∶3　(2)2∶1
接触起电时电荷量的分配规律
1．导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。
2．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)若两个金属球最初带异种电荷，则接触后电荷量先中和再均分。

[素养训练]
1．[多选]关于电荷量，以下说法中正确的是(　　)
A．物体所带的电荷量可以为任意实数
B．物体所带的电荷量只能是某些值
C．物体因摩擦带电荷量为＋1.60×10－9 C，这是因为失去了1.0×1010个电子
D．物体所带电荷量的最小值为1.60×10－19 C
解析：选BCD　带电体所带电荷量是不能连续变化的，只能是元电荷e＝1.60×10－19 C的整数倍，故A错误，B、D正确；物体因摩擦带正电荷，是因为失去了电子，失去的电子数为个＝1×1010个，故C正确。
2．甲、乙两个原来不带电荷的物体相互摩擦(没有第三者参与)，结果发现甲物体带了1.6×10－15 C的电荷量(正电荷)，下列说法正确的是(　　)
A．乙物体也带了1.6×10－15 C的正电荷
B．甲物体失去了104个电子
C．乙物体失去了104个电子
D．甲、乙两物体共失去了2×104个电子
解析：选B　甲、乙两个物体相互摩擦，甲物体带1.6×10－15 C的正电荷，那么由电荷守恒定律可知，乙物体应带1.6×10－15 C的负电荷，即甲物体失去了104个电子，乙物体得到了104个电子，所以B正确，A、C、D错误。

[重难释解]
验电器的两种应用方式及原理
1．带电体接触验电器：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，如图甲所示。
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(感应起电)，两箔片在斥力作用下张开，如图乙所示。

[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逐渐“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；而背向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A球上的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

[素养训练]
(2021·深圳高中检测)如图所示，用起电机使金属球A带上正电荷，并靠近验电器B，则(　　)
A．验电器金箔不张开，因为球A没有和验电器上的金属球接触
B．验电器金箔张开，因为整个验电器都感应出了正电荷
C．验电器金箔张开，因为整个验电器都感应出了负电荷
D．验电器金箔张开，因为验电器的下部箔片感应出了正电荷
解析：选D　当一个带正电荷的金属球A靠近原来不带电的验电器的金属小球时，小球由于静电感应会带上负电荷，金属箔片由于静电感应会带上正电荷，而整个验电器不带电，所以验电器的金属箔片张开的原因是箔片感应出了正电荷，故选项D正确。

一、培养创新意识和创新思维
“跳舞的小纸人”[选自鲁科版新教材课后习题]
如图所示，在桌上间隔一定距离放两本书，将一块洁净的玻璃板放置于两书之上，使玻璃板离开桌面2～3 cm。用宽0.5 cm的纸条剪出各种姿态的人形小纸片，放在玻璃板下面，然后用一块硬泡沫塑料在玻璃上摩擦，可见小纸人翩翩起舞。
(1)小纸人为什么会翩翩起舞？
(2)如果实验前把“舞区”烤一烤，实验效果会更好。这是为什么？
提示：(1)玻璃板与硬泡沫塑料摩擦后，分别带上等量异种电荷，带电玻璃板能够吸引小纸人，小纸人接触玻璃板，带上与玻璃板相同性质的电荷而相互排斥，小纸人落下，如此反复，小纸人就翩翩起舞了。
(2)说明在干燥环境中容易摩擦起电，其原因是干燥的空气不会把摩擦后玻璃板上所带的电荷导走。
二、注重学以致用和思维建模
1．(2020·济南调研)新型冠状病毒防疫期间，医用一次性口罩是必备的呼吸防护用品，口罩的核心材料是中间一层熔喷无纺布。为了提高过滤效果必须在熔喷无纺布上进行重要的驻极处理，就是在熔喷无纺布上加入静电荷。利用电荷的静电力作用捕集尘粒，称为静电吸引沉积，静电吸附效果直接影响着口罩的使用寿命。根据这些信息，下列说法正确的是(　　)
A．医用一次性口罩可以进行高温蒸汽消毒再使用效果会更好
B．增加熔喷无纺布的层数不能使医用一次性口罩的吸附能力变强
C．在防控期间口罩出现严重紧缺，为了节约资源刚用完的医用一次性口罩可以及时清洗晒干后再使用
D．防疫期间不法分子为了牟取暴利，制造销售假冒医用一次性驻极口罩，除了从专业技术上鉴定外，还可以用口罩能否吸附轻小纸屑来判断真假
解析：选D　高温蒸汽消毒和清洗都会导致熔喷无纺布上失去静电吸附能力，A、C错误；增加熔喷无纺布的层数，使口罩所带静电荷增多，医用一次性口罩的吸附能力变强，B错误；熔喷无纺布上带有静电，可以对轻小纸屑产生吸附作用，可以用口罩能否吸附轻小纸屑来判断真假，D正确。
2．[选自人教版新教材课后习题]如图所示，将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。若沿虚线1将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB；若沿虚线2将导体分成两部分，这两部分所带电荷量分别为QA′和QB′。

(1)请分别说出以上四个部分电荷量的正负，并简述理由。
(2)请列出以上四个部分电荷量(绝对值)之间存在的一些等量关系，并简述理由。
提示：(1)QA、QA′电荷量为正，QB、QB′电荷量为负，因为发生静电感应时，自由电子向B端移动，最后B端带负电，A端带正电。
(2)|QA|＝|QB|、|QA′|＝|QB′|。根据电荷守恒定律，自由电子发生转移，但导体中电荷的总量不变，故两端电荷量的绝对值相等。