高中物理鲁科版选修3-1学案第一章静电场1.1静电现象及其微观解释

第1讲静电现象及其微观解释[目标定位]1.了解电荷及静电现象的产生.2.了解静电的应用及防护.3.掌握电荷守恒定律并能解答相应问题.一、静电的产生1.使物体带电的三种方式：摩擦起电、接触起电、感应起电.2.静电感应：导体因受附近带电体的影响而带电的现象叫做静电感应.利用静电感应使物体带电的方式叫感应起电.3.电荷：物理学规定：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电.同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.二、原子结构与电荷守恒1.原子结构：物质是由原子、分子、离子等微粒组成；原子是由原子核和电子组成；原子核是由中子和质子组成.质子带正电，电子带负电，物体不显电性.2.电荷守恒定律：电荷既不能创生，也不能消灭，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.这个规律叫做电荷守恒定律.3.物体带电的本质：电子的转移.想一想摩擦起电的物体所带的电荷是哪里来的？答案摩擦起电的电荷是相互摩擦的物体间电子的转移造成的.三、静电的应用与防护1.静电的应用：激光打印机、静电喷雾、静电除尘、静电杀菌等.2.防止静电危害的方法之一是：尽快把静电导走.想一想油罐车车尾为什么拖着一条长长的铁链？答案由于运输过程中油和油罐摩擦产生了静电，通过一条铁链可以将电荷导走，避免引起爆炸事故.一、三种起电方式1.摩擦起电：当两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体，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正电.2.感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷之间相互吸引或排斥，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.3.接触起电：当导体与带电导体接触时，电子从一个物体转移到另一个物体上，使导体带上与带电体相同性质的电荷.4.三种起电方式的实质都是自由电子的转移.例1绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜；在a的旁边有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图1所示，现使b带电，则()图1A.b将吸引a，吸住后不放开B.b先吸引a，接触后又把a排斥开C.a、b之间不发生相互作用D.b立即把a排斥开答案B解析b球带电后，使a产生静电感应，感应的结果是a靠近b的一侧出现与b异种的感应电荷，远离b的一侧出现与b同种的感应电荷.虽然a上的感应电荷等量异号，但因为异种电荷离b更近，所以b对a的电场力为引力.当b吸引a使两者接触后，由于接触带电，b、a又带上同种电荷，有斥力作用，因而又把a排斥开，所以B项正确.借题发挥(1)带电体具有吸引轻小物体的性质，所以两物体吸引不一定是因为带有异种电荷.也可能是因为其中一个是轻小物体.(2)在处理带电物体间发生相互作用时，需特别注意带电物体具有吸引不带电的轻小物体的特性，所以当两物体相互吸引时，其可能情况是一个带电，另一个不带电，也可能是两物体带异种电荷.针对训练如图2所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是()图2A.把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开B.把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开C.先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开D.先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合答案AB解析虽然A、B起初都不带电，但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用，使A、B中的自由电子向左移动，使得A端积累了负电荷，B端带正电荷，其下部贴有的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷，所以金属箔片都张开，A正确.C只要一直在A、B附近，先把A、B分开，A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍带等量异种的感应电荷，此时再移走C，A、B所带电荷量不变，金属箔片仍张开，B正确.但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错.先把A、B分开，再移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷会完全中和，箔片都不会张开，D错.故选A、B.二、电荷守恒定律的理解和应用1.三种起电方式的本质都是电子的转移，在转移的过程中电荷的总量不变注意(1)电中性的物体内部也有电荷的存在，只是电荷量的代数和为零，对外不显电性；(2)电荷的中和是指带等量异号电荷的两物体接触时，经过电子的转移，最终达到电中性的过程.2.接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关，当两个完全相同的金属球接触后，电荷将平均分配，即最后两个球一定带等量的同种电荷.若两个球原先带同号电荷，电荷量相加后均分；若两个球原先带异号电荷，则电荷先中和再均分.例2用一绝缘柄将一带正电玻璃棒a接触另一不带电玻璃棒b，使之接触起电，以下说法正确的是()A．在此接触起电过程中，玻璃棒a上的正电荷向玻璃棒b上转移B．在此接触起电过程中，玻璃棒b上的电子向玻璃棒a上转移C．在此接触起电过程中，它们的电荷的代数和不变D．此接触起电过程并不一定遵循电荷守恒定律答案BC解析带正电的玻璃棒a与另一不带电的玻璃棒b接触时，由于电荷间的相互作用，带正电的玻璃棒a吸引玻璃棒b中的负电荷，此时b棒失去电子而带正电，正电荷不移动，A错误；接触带电使b因失去电子而带上了正电荷，B正确；a棒得到电子与原有的部分正电荷中和，因而a棒上所带的净电荷量减少，b棒因失去电子而带上了正电荷，b棒所带的净电荷增加，a棒上所带的净电荷减少量等于b棒所带的净电荷增加量，a、b两棒所带电荷的代数和不变，C正确；电荷守恒定律是自然界最基本的守恒定律，在电荷分离、转移、中和过程中电荷的总量不变，D错误．例3半径相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径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大；(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大.答案(1)2∶3(2)2∶1解析(1)设A、B带同种电荷且电荷量均为q，则A、C接触后，A、C所带电荷量为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所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所带电荷量为qA′＝qC＝＋eq\f(1,2)q.C与B接触后，B、C所带电荷量为qB′＝qC′＝eq\f(\f(1,2)q－q,2)＝－eq\f(1,4)q，故A、B所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).借题发挥(1)相同的金属球带同种电荷时，接触时总电荷量平分.(2)相同的金属球带异种电荷时，接触时电荷中和后将剩余电荷平分.三、静电的应用与防护1.静电的危害：雷鸣闪电造成人畜伤亡，静电火花引发的爆炸和火灾，静电放电导致电子设备的故障，以及工业中的一些静电危害等.2.防止静电危害的措施有：①尽快导走多余电荷，避免静电积累；②调节空气的湿度；③易燃易爆环境中保持良好的通风、消除静电火花的引爆条件.例4下列措施利用了静电的是()A.油罐车的油罐有条铁链搭到地上B.农药喷洒飞机喷洒的农药雾滴带正电C.家用电器如洗衣机接有地线D.手机一般都装有天线答案B解析油罐车的油罐有条铁链搭到地上，目的是把油罐车产生的静电导到地下，保证油罐车的安全，家用电器也一样，A、C错误.农药喷洒飞机喷洒的农药雾滴带正电，而叶子上都带有负电，农药不会被风吹走，B正确.手机接有天线目的是为了更好的接收信号，D错误.对物体带电本质的理解1.如图3所示，用起电机使金属球A带上正电荷，并靠近验电器B，则()图3A.验电器金箔不张开，因为球A没有和验电器B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答案D解析相对于金属球来讲，金属箔片是距离带电体A较远的一端，根据静电感应规律可知，验电器的两金属箔片都带上了正电荷，而同种电荷相斥，所以金属箔片张开，即D正确.电荷守恒定律的理解和应用2.有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量为QA＝6.4×10－9C、QB＝－3.2×10－9C，让两个绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少个电子？答案电子由B球转移到了A球，转移了3.0×1010个电子解析当两小球接触时，带电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配.由于两小球相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电荷量QA′＝QB′＝eq\f(QA＋QB,2)＝eq\f(6.4×10－9－3.2×10－9,2)C＝1.6×10－9C.在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带QB′的正电，这样，共转移的电子电荷量为ΔQB＝QB′－QB＝[1.6×10－9－(－3.2×10－9)]C＝4.8×10－9C.转移的电子数n＝eq\f(ΔQB,e)＝eq\f(4.8×10－9C,1.6×10－19C)＝3.0×1010(个).静电的应用与防护3.专门用来运输柴油、汽油的油罐车，在它的尾部都装有一条拖在地上的铁链，对它的作用下列说