高中物理教科版选修1-1第1章第1节静电现象及其应用

第1节静电现象及其应用[目标定位]1.知道静电现象和摩擦起电的原因.2.知道自然界中存在两种电荷，理解电荷守恒定律.3.了解静电的应用和防止静电危害的方法.一、静电现象1.两种不同材料的物体相互摩擦后能够吸引轻小物体，就说物体带了“电”，带电的物体叫做“带电体”，通过摩擦使物体带电的方法被称为“摩擦起电”.2.电荷的电性及相互作用(1)自然界只有两种电荷：正电荷和负电荷.(2)同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.想一想：你除了知道摩擦可以起电之外，还知道哪些方式可以起电？答案接触起电(或感应起电).二、摩擦起电现象的解释1.原子由原子核及围绕核运动的多个电子所构成.在正常情况下，原子是呈电中性的.2.电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在任何的物质运动变化过程中，电荷的总量保持不变.3.电荷量：物体所带电荷的多少称为电荷量，简称电量.在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称库，用符号C表示.4.元电荷：一个电子所带电荷量的绝对值为1.6×10－19__C，它是电荷的最小单元，称为元电荷，记作e＝1.6×10－19C.任何带电体所带的电荷量都是元电荷的整数倍.5.摩擦起电的过程实质上是通过做功使正负电荷分离的过程.想一想：有人把摩擦起电说成是“摩擦生电”，这种说法对吗？为什么？答案不对.摩擦起电的过程是电荷的转移，而不是产生了电荷.三、静电的应用静电除尘、静电复印、静电加速器、静电喷涂与静电植绒.四、静电的危害与防止1.静电的危害(1)在印刷、纺织等过程中，由于摩擦起电，正负电荷的吸引可能造成纸张粘连、棉纱缠绕.(2)在化工产品的生产过程中，由于摩擦起电，当电荷积累到一定程度时，会发生放电或打火.2.静电防止的办法(1)采用消除静电装置.(2)增加空气湿度.(3)使用抗静电材料.想一想：除了以上关于防止静电危害的方法外，你还知道生活中哪些是防止静电危害的方法或措施？答案雷电这一静电现象常常会造成巨大的自然灾害，为了避免建筑物遭受雷击，通常在高大的建筑物上安装避雷针.轮船上的工作人员穿导电材料做的衣服，输油管每隔100～300m就要接地一次，油罐车的尾部拖一条铁链都是为了防止静电的危害.一、起电方式1.摩擦起电(1)原因：不同物体间摩擦时，由于摩擦做功使电子获得能量发生转移，结果使物体分别带上等量异种电荷.一个物体与其他不同物体摩擦起电时，该物体带正电，还是带负电，取决于两物体中的原子核对电子的束缚能力的相对大小.(2)实质：用摩擦的方法使电荷发生了转移.2.接触带电(1)方法：用带电导体与不带电导体接触或两个带相反电荷但所带电荷量不同的导体相接触，都可以使导体带电.(2)实质：电荷从一个物体转移到另一物体.【例1】(多选)(2018·宿迁学业水平模拟)摩擦带电是一种常见的带电方式，关于摩擦带电，下列说法正确的是()A.梳子和头发摩擦后梳子能够吸引轻小物体，因为摩擦使梳子带电B.在A选项中梳子带电后头发就不带电了C.摩擦带电产生了电荷，使自然界中的电荷数增加了D.摩擦带电的本质是电荷发生了转移解析摩擦带电并不是创生了电荷，而是电荷从一个物体转移到另外一个物体，使两个原来不带电的物体正电荷数目和负电荷数目都不相等，从而显电性.答案AD二、电荷守恒定律1.“总量”：指电荷的代数和.2.起电过程的本质：电子发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配.3.两个完全相同的金属球接触后将平分电荷，即Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1＋Q2,2)，Q1和Q2可以是同种电荷，也可以是异种电荷.【例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QA＝6.4×10－9C，QB＝－3.2×10－9C，让两绝缘金属小球接触.接触后B带多少电荷量？在接触过程中，电子如何转移？解析接触后两球电荷量相等，电荷量为QA′＝QB′＝eq\f(（6.4×10－9C）＋（－3.2×10－9C）,2)＝1.6×10－9C，在接触过程中，电子从B球转移到A球.答案1.6×10－9C电子从B球转移到A球三、静电的应用与防止1.静电的应用静电技术应用的原理：应用了同种电荷相排斥、异种电荷相吸引的原理.主要应用：静电复印、静电除尘、静电加速器、静电喷涂、静电植绒、静电喷药、静电育种、静电杀菌和静电治病等.(1)静电复印机的原理：利用了静电的吸附作用.(2)静电除尘的原理：带电粒子受到电场力的作用，会向电极运动，最后被吸附在电极上.如果筒内充满烟雾，把两个电极接在高压电源上，烟雾很快就消失.(3)静电喷漆的原理：当油漆从喷枪中喷出时，喷嘴使油漆微粒带正电.它们相互排斥，扩散开来形成一大团漆云，被吸附在带负电的物体表面.这种静电喷漆的方法省漆而均匀.2.静电的防止(1)印染厂里的静电的危害与防止危害：在印染厂里，棉纱、毛线、化学纤维上的静电会吸引空气中的尘埃，使印染质量下降.防止：使车间里保持一定湿度，让电荷随时放出.(2)雷电这一静电现象常常会造成巨大的自然灾害，为了避免雷电的危害，通常使用避雷针.避雷针是由富兰克林发明的.(3)简单易行而又安全可靠的防止静电危害的方法：用导体把容易产生静电的部件良好接地.例如：轮船上的工作人员穿导电材料做的衣服；输油管每隔100～300m就要接地一次；油罐车的尾部拖一条铁链.【例3】(单选)(2018·南京学业水平模拟)为了防止静电产生的危害，下列做法正确的是()A.在高大的建筑物顶端装上避雷针B.小汽车上有一根露在外面的小天线C.在高大的烟囱中安装静电除尘器D.汽车制造厂车间里进行静电喷漆解析当打雷的时候，由于静电的感应，在高大的建筑物顶端积累了很多的静电，容易导致雷击事故，所以在高大的建筑物顶端安装避雷针可以利用尖端放电，中和云层电荷，保护建筑物的安全，属于静电危害的防止，选项A符合题意；小汽车上有一根露在外面的小天线，是接收无线电信号的，与静电的利用和防止无关，选项B不符合题意；静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动，属于静电应用，选项C不符合题意；喷枪喷出的油漆微粒带正电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带负电，对雾状油漆产生引力，把油漆吸到表面，属于静电应用，选项D不符合题意.答案A[针对训练](单选)关于静电的利用和防范，以下说法正确的是()A.没有安装避雷针的建筑物一定会被雷电击毁B.油罐车行驶途中车尾有一条铁链拖在地上，避免产生电火花引起爆炸C.飞机起落架的轮胎用绝缘橡胶制成，可防止静电积聚D.手术室的医生和护士都要穿绝缘性能良好的化纤制品，可防止麻醉药燃烧解析下雨时，一般会有雷电，如果在高大建筑物顶端装上避雷针，通过避雷针与大地相连，就能及时把电荷导入大地，从而避免建筑物被雷电击坏，如果没有安装会有危险，但对低矮的建筑不至于一定被雷电击毁，选项A错误；油罐车在运动的过程中，由于里面的油在晃动，也会摩擦产生静电，后面拖一条铁链就可以及时的把产生的静电导走，有利于消除静电，故选项B正确；飞机上的着地轮装有搭地线或用导电橡胶做轮胎，是为了及时地把飞机在飞行过程中由于摩擦而产生的电荷通过导体而转移给大地，以免发生放电现象，保证飞机和乘客的安全，选项C错误；绝缘性能良好的化纤制品的衣服不能及时把静电导入大地，容易造成手术事故，选项D错误.答案B电荷的产生及作用1.(单选)下列关于摩擦起电的原因，正确的说法是()A.摩擦后产生了新的电荷B.电子和正电荷同时按相反方向转移C.电子从一个物体转移到另一个物体D.正电荷从一个物体转移到另一个物体解析摩擦起电过程中，电子从一个物体转移到另一个物体，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电，在摩擦起电过程中没有产生新电荷，只是电子发生转移.答案C电荷守恒定律2.(单选)导体A带5q的正电荷，另一完全相同的导体B带－q的负电荷，将两导体接触一会后再分开，则导体B的带电荷量是()A.－q B.qC.2q D.4q解析电荷接触过程中电荷要先中和后平分，Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1＋Q2,2)＝eq\f(＋5q＋（－q）,2)＝2q，选项C正确.答案C静电现象的应用与防止3.(多选)如图1所示是静电除尘的原理示意图，关于静电除尘的原理，下列说法正确的是()图1A.中间金属丝A与金属管B分别接高压电源的电极B.金属丝和金属管带电后具有吸引轻小物体的作用C.烟尘通过该空间时被A、B两个电极的电荷吸引而被吸附，能起到除尘的作用D.烟筒本身就有除尘作用，没有必要加高压电源解析烟筒内的两个金属电极必须接在高压电源上，使两个电极被充电而带上等量异号电荷，管内存在强电场，它使空气电离而产生电子和正离子。电子在电场力作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电，而落到带正电的筒壁上，从上面的排烟口排出的气体就清洁了，从而起到除尘的作用，所以前三项正确，最后一项错误.答案ABC4.(多选)下列关于避雷针的说法中，正确的是()A.避雷针避雷是中和云层中的异种电荷B.为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形C.避雷针是利用了尖端放电的原理制成的D.以上说法都不对解析避雷针通过尖端放电中和了云层中的异种电荷而避雷的，所以避雷针的顶端设计成尖头，选项A、C正确，B、D错误.答案AC(时间：30分钟)题组一、电荷的产生及作用1.(单选)用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，接触不带电的验电器金属小球a，这时验电器小球a和金箔b的带电情况是()A.a带正电，b带负电 B.a带负电，b带正电C.a、b均带正电 D.a、b均带负电答案D2.(单选)(2018·宿迁学业水平模拟)关于摩擦起电和接触起电，下列说法正确的是()A.摩擦起电是电荷的转移，接触起电是创造了电荷B.摩擦起电是创造了电荷，接触起电是电荷的转移C.不论摩擦起电还是接触起电，都是电荷的转移D.以上说法均不正确解析无论哪种方式起电，都不是创造了电荷，而是电荷的转移，所以选项A、B、D错误，C正确.答案C3.(单选)人们在晚上脱衣服时，有时会看到火花四溅，并伴有“噼啪”声，这是因为()A.衣服由于摩擦而产生了静电B.人体本身是带电体C.空气带电，在衣服上放电所致D.以上说法均不正确解析若我们身穿含有化纤成分的衣服，且不断运动，使衣服与衣服之间，衣服与皮肤之间不停地摩擦，在摩擦中会使衣服上带有异种电荷.在脱衣服时正电荷和负电荷碰到一起就产生放电现象，于是我们听到“噼啪”的放电声音，在晚上还可以看见火花.答案A题组二、电荷及电荷守恒定律4.(单选)(2018·扬州学业水平模拟)两个完全相同的金属小球A、B所带电荷量分别为＋3Q和－Q，将两小球接触后，小球A的带电荷量为()A.＋3Q B.＋2QC.＋Q D.－Q解析小球接触过程中电荷要先中和后平分，Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1＋Q2,2)＝eq\f(＋3Q＋（－Q）,2)＝Q.选项C正确.答案C5.(多选)(2018·扬州学业水平模拟)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，发现该小球上净电荷几乎不存在了，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，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CD6.(单选)M和N是两个原来都不带电的物体，它们互相摩擦后，M带正电荷.下列判断正确的是()A.在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B.摩擦的过程中电子从M转移到NC.M在摩擦过程中创造了正电荷D.N在摩擦过程中失去电子解析物体内部既有正电荷又有负电荷，正负电荷数量相等，物体看起来不带电，故选项A错误；M、N摩擦时电子从M转移到N，故M带正电.在转移过程中，电荷的总量不变，选项B正确.答案B7.有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有2.0×10－5C的正电荷，小球B、C不带电，现在让小球C先与球A接触后取走，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别为QA＝__________C，QB＝________C，QC＝________C.解析小球A、C接触过程中电荷要平分，QA′＝QC′＝eq\f(Q1＋Q3,2)＝eq\f(2.0×10－5C,2)＝1.0×10－5C，小球A、B接触过程中电荷要平分，QA＝QB′＝eq\f(QA′＋Q2,2)＝eq\f(1.0×10－5C,2)＝5.0×10－6C，小球B、C接触后，QB＝QC＝eq\f(QB′＋QC′,2)＝eq\f(1.0×10－5C＋5.0×10－6C,2)＝7.5×10－6C.答案5.0×10－67.5×10－67.5×10－6题组三、静电的应用与防止8.(多选)(2018·南京学业水平模拟)在下列措施中，哪些能将产生的静电尽快导走()A.飞机轮子上搭地线B.印染车间保持湿度C.复印图片D.电工钳柄装有绝缘套解析飞机在飞行中与空气摩擦时，飞机外表面聚集了大量静电荷，降落时会对地面人员带来危害及火灾隐患