2019-2020学年高中物理 第1章 从富兰克林到库仑 1 从闪电谈起学案 沪科版选修1-1

从闪电谈起1能识别静电现象，通过实验认识摩擦起电现象，知道带电体具有吸引轻小物体的性质，知道带电体的相互作用规律2知道使物体带电有三种方法：摩擦起电、感应起电和接触起电能用物质的微观结构解释摩擦起电现象3知道电荷守恒定律，能用电荷守恒定律解释摩擦起电现象4尝试运用静电规律解释一些常见的自然现象和生活中的问题一、静电现象的发现人们最早注意的起电现象是摩擦起电我国学者王充发现甲壳等物体能吸引芥子之类的轻小物体，古希腊人也发现了琥珀等物体经摩擦后能吸引草屑等小物体，后来在大量的摩擦起电实验中，人们发现电荷有两种正电荷和负电荷1用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷2带电体能吸引轻小物体；同种电荷相排斥，异种电荷相吸引3检验物体是否带电通常用验电器4物体带电的三种不同方式：摩擦起电、感应起电、接触起电带正电的物体甲可以吸引轻小物体乙，乙一定带负电吗？提示：不一定，乙有可能不带电二、电学的“法典”电荷守恒定律1电荷守恒定律：电荷既不能创生，也不能消失，它只能从一个物体转移到另一个物体上去，或从物体的一部分转移到另一部分，电荷的总量保持不变2尖端放电：电荷在导体表面的分布一般是不均匀的，越是尖突的部分，电荷密度越大，也越容易放电，这称为尖端放电三、富兰克林统一天电与地电1752年，美国科学家富兰克林在费城做了一次著名的风筝实验，证明了摩擦起电所获电的性质和天空中的闪电是同样的揭开了千百年来遮盖着雷电的神秘面纱，统一了天电与地电一、物体带电的三种方式1摩擦起电(1)用摩擦的方法使物体带电：两种不同物体相互摩擦，其中一个物体失去电子而带正电，另一个物体获得电子而带等量的负电(2)摩擦起电的原因：不同物质组成的物体，由于原子核对核外电子束缚能力不同，在摩擦过程中由于摩擦力做功，对核外电子束缚能力弱的原子失去电子而带正电，对核外电子的束缚能力强的原子获得电子而带负电，且两个物体带等量的正、负电荷(恰好中和时，两导体都不带电)2感应起电当带电体靠近导体时，导体内的自由电子会向靠近或远离带电体的方向移动，从而使不带电的物体带电，这种现象我们称为静电感应现象感应起电的实质是：在带电体上电荷的作用下，导体上的正、负电荷发生了分离，使电荷从导体的一部分转移到了另一部分例如：取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体a、b，使它们彼此接触用带正电的有机玻璃球c靠近a、b(如图所示)，将a、b分开，再移走c，则a将带有负电荷，b将带有正电荷且a、b的带电量相等，将a、b接触，a、b将不再带电3接触带电(1)用一个不带电的物体去接触另一个带电的物体，带电物体的净电荷的一部分就会转移到原来不带电的物体上，使原来不带电的物体带电(2)两个完全相同的导体球发生接触时，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和后再平分；两个导体球分离后，各带等量的同种电荷(恰好中和时，两导体球都不带电)(1)感应起电和摩擦起电的不同是前者没有接触而只是靠近，后者必须直接接触(2)三种带电方式都不是创造了新电荷，而是电荷在不同物体间发生转移或在同一物体上重新分布二、对电荷守恒定律的理解1“起电”并不是创造电荷，只是电荷在不同物体或物体不同部分间的转移当一个物体得到电荷时，其他物体失去电荷；它所得到的电荷就是其他物体失去的电荷2“中和”并不是电荷的消失，电荷的“中和”现象是异种电荷使物体呈现中性，而电荷本身没有消失，电荷的总量仍保持不变题型1摩擦起电甲、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161015 c的电荷量(正电荷)，下列说法正确的是()a乙物体也带了161015 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2104个电子思路点拨 摩擦起电的过程就是电子从一个物体转移到另一个物体的过程，两物体带等量异种电荷解析甲、乙两个物体相互摩擦，甲带161015 c 的正电，那么由电荷守恒可知，乙应带了161015 c的负电，即甲失去了104个电子，乙得到了104个电子，所以正确的选项是b答案b此题主要应用电荷守恒定律和元电荷知识进行分析 1下列现象中不属于摩擦起电的是()a将被绸子摩擦过的玻璃棒靠近纸屑，纸屑被吸起b在干燥的冬季脱毛绒衣时，会听到轻微的噼啪声c擦黑板时粉笔灰纷纷飞扬，四处飘落d穿着化纤类织物的裤子走路时，裤腿上常容易吸附灰尘解析：选c摩擦起电后物体带静电，能吸引轻小物体，也能产生火花放电，故选项c正确题型2感应起电如图所示，将带电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，下述几种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先将棒接触一下其中的一球，再把两球分开d棒的带电量不变，两导体球不能带电思路点拨 感应起电的实质是不带电的导体在带电体电荷的作用下，电荷从物体的一部分转移到另一部分解析带电棒靠近两导体球时，会在甲球感应出异种电荷，乙球聚集同种电荷此时若先分开甲、乙，再拿走棒，甲带与带电棒电性相反的电荷，乙带与之相同的电荷；若先移走带电棒，甲、乙两球将呈电中性，再分开甲、乙两球，两球都不带电，故选项a对，选项b错将带电棒与两球接触，带电棒上的电荷将转移到两球上，分开后两球带与带电棒同种性质的电荷，故选项c对答案ac解决感应带电问题时易出现导体分开和移走带电体先后顺序的错误，要先将导体分开，后移走带电体，以防电荷的重新中和 题型3接触起电两个完全一样的金属小球m、n，先让它们各自带电5q和7q，接触后再分开，则最终m、n的带电量分别是()a6q，6qb7q，5qc12q，12q dq，q答案a题型4电荷守恒定律半径相同的两个金属小球a、b带有相等的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与a、b两球接触后移开(1)若a、b两球带有同种电荷时，则接触后两球所带电荷量之比为_(2)若a、b两球带有异种电荷时，则接触后两球所带电荷量之比为_思路点拨 两个半径相同的小球互相接触时，若带同种电荷，则电荷平分；若带异种电荷，则电荷先中和后平分解析设a、b原先所带电荷量均为q，带同种电荷时，不带电小球先接触a后，电荷量平分，原不带电小球带电荷量为，a带电荷量为，原不带电小球再与b接触，总电荷量平分，q，原不带电小球与b均带电荷量为q，所以电荷量之比为q23带异种电荷时，a带电荷量为，b带电荷量为，即原不带电小球与b带异种电荷，先中和后再平分，所以电荷量之比为21答案(1)23(2)21接触带电是电荷的转移，电量的计算要根据电荷的均分原理进行计算 2下列关于带电现象的说法正确的是()a玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电b相互摩擦的两个物体一定能起电c带电现象的本质是电子的转移，物体得到电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性d自然界中的电荷总量不变解析：选d玻璃棒与丝绸摩擦后会失去电子因而带正电，但玻璃棒与其他物体摩擦后不一定总是失去电子，因而不能确定其电性，同理也无法确定橡胶棒的电性，故a错；并不是任意两个物体间摩擦时都能起电，故b错；物体如果原来带正电，得到电子后，可能带正电也可能带负电，故c错；根据电荷守恒定律可知d对随堂检测学生用书p31把两张用软纸摩擦过的塑料片相互靠近，它们会张开，这是由于它们之间存在()a弹力b摩擦力c静电力 d磁场力解析：选c由于摩擦起电两个相互摩擦的物体由于其约束电子的能力不同容易使其中一个物体得到电子而另一个物体失去电子，软纸摩擦塑料片就是这个道理，由于塑料片带同种电荷，相互排斥，所以分开2把两个相同的金属小球接触一下再分开一小段距离，发现两球之间相互排斥，则这两个金属小球原来的带电情况可能是()a两球原来带有等量异种电荷b两球原来带有等量同种电荷c两球原来带有不等量异种电荷d两球中原来只有一个带电解析：选bcd同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引，当两小球相互接触时，利用电荷守恒定律可知，电荷会重新分布，可以使原来不带电的物体带电，也可以使原来带电的物体的带电荷量发生变化，所以接触以后会使物体的带电情况发生多种变化3关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法正确的是()a摩擦起电现象说明了机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造电荷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个部分转移到物体的另一个部分d感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了解析：选bc摩擦起电的实质：两物体互相摩擦时，束缚不紧的电子从一个物体转移到另一个物体上感应起电的实质：带电体靠近导体时，由于电荷之间的相互吸引或排斥，导体中的自由电荷趋向或远离带电体，使靠近带电体一端带异种电荷，远离的另一端带同种电荷，即电荷在物体不同部分之间的转移根据电荷守恒定律，电荷不能被创生选项b、c正确4如图所示，当将带正电的球c移近不带电的枕形金属导体，枕形导体上电荷的移动情况是()a枕形金属导体上的正电荷向b端移动，负电荷不移动b枕形金属导体中的带负电的电子向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导体内能够移动的是自由电子，c带正电，导体中自由电子向a端移动，正电荷不会移动5在干燥的天气下，用干毛巾抹玻璃，刚抹干净，又沾上了灰尘；电视机的屏幕也很容易沾上灰尘这是为什么？解析：两种不同的物质组成的物体相互摩擦时，由于摩擦做功，会使一个物体中一些原子的电子获得能量，挣脱原子核的束缚，转移到另一个物体上去在干燥的天气下，用干毛巾擦玻璃会使玻璃带正电，带电的物体容易吸引轻小的物体，故玻璃比较容易沾上灰尘电视机中的电子枪不断发射的电子频繁地打在屏幕上，从而屏幕可以吸附轻小的灰尘答案：见解析课时作业学生用书p61(单独成册)一、选择题1把一只空铝罐平放在光滑的平面上，拿一个气球在头发上来回摩擦几下，然后移到距离铝罐34 cm处，缓慢地将气球移近铝罐，观察到铝罐()a靠近气球 b远离气球c不动 d以上情况都有可能解析：选a从“摩擦”一词可以知道气球因为摩擦而带电，由于带电物体有吸引轻小物体的性质，空铝罐受到静电吸引力，而地面又是光滑的，不受摩擦力，故会靠近气球选项a正确2用毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近一个塑料小球时()a若塑料小球被硬橡胶棒吸引，说明塑料小球必定带正电b若塑料小球被硬橡胶棒吸引，说明塑料小球必定带负电c若塑料小球被硬橡胶棒排斥，说明塑料小球必定带正电d若塑料小球被硬橡胶棒排斥，说明塑料小球必定带负电解析：选d用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷，塑料小球被吸引时，小球可能不带电(带电体能吸引轻小物体)，也可能带正电，但塑料小球如果被排斥，则小球必定带电，且与橡胶棒带同种电荷3下列说法正确的是()a不带电的导体靠近一个带电体，导体两端就会带等量异号电荷b不带电的物体上，既没有正电荷也没有负电荷c摩擦起电的过程中一个物体失去电子，另一个物体得到电子d玻璃棒与任何物体摩擦后均会带上正电荷解析：选ac根据静电感应的规律可知a项正确；由物质的电结构可以否定b选项；起电的过程就是得失电子的过程，c正确；玻璃棒与丝绸摩擦，玻璃棒上带正电，与其他物体摩擦就不一定了，d错误4如图所示，用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近一用绝缘细线悬挂的轻质球，则()a若小球靠近玻璃棒，它一定带负电b若小球靠近玻璃棒，它可能不带电c若小球远离玻璃棒，它可能带正电d若小球远离玻璃棒，它一定带正电解析：选bd玻璃棒与丝绸摩擦后带正电，既能吸引不带电的轻质小球，也能吸引带负电的小球，故选项a错误，选项b正确若带正电的玻璃棒与轻质小球互相排斥，则小球一定带正电，故选项c错误，选项d正确5有a、b、c三个塑料小球，a和b、b和c、c和a间都是相互吸引的，如果a带正电，则()ab、c球均带负电bb球带负电，c球带正电cb、c球中必有一个带负电，而另一个不带电db、c球都不带电解析：选c因为a和b、c和a是相互吸引的，如果a带正电，说明b、c不可能带正电，但是b和c也是互相吸引的，因此b、c不能带同号电荷且必有一个带电，由此可见c项正确6绝缘细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时，a、b都不带电，如图所示现使a、b分别带不等量的正负电荷，则()ab将吸引a，吸引后不放开bb先吸引a，接触后a、b迅速分开ca、b之间不发生相互作用db立即把a排斥开解析：选b因a带正电，b带负电，异种电荷相互吸引，轻质小球a将向b靠拢并与b接触；当小球a与b接触后，将对两球所带的电荷进行重新分配，结果两球带同种电荷(正电或负电)，因此两球将会被排斥开若a、b原来带电荷量相等，则a、b接触后中和而都不带电，a、b自由分开故选项b正确7如图所示，原来不带电的金属导体mn，在其两端下面都悬挂着金属验电箔；若使带负电的金属球a靠近导体的m端，可能看到的现象是()a只有m端验电箔张开，且m端带正电b只有n端验电箔张开，且n端带负电c两端的验电箔都张开，且n端带负电，m端带正电d两端的验电箔都张开，且两端都带正电或负电解析：选c由于静电感应，导体mn两端分别感应出等量的异种电荷，靠近带电体的m端带上正电，远离带电体的n端带上负电，两端的金属验电箔都会张开8下列说法正确的是()a静电感应不是创造了电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分b摩擦起电