学年新教材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30406.docx

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学年新教材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30406

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＝1.60×10－19C。

（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

＝1.76×1011C/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X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X开；

②两侧金属箔片仍X开，但X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X开

C．先把C移走，再把A、B分开，A上的金属箔片仍X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X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X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X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X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X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＋1.60×10－9C，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1.60×10－19C

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＝1.60×10－19C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1.6×10－15C的电荷量（正电荷），下列说法正确的是（　　）

A．乙物体也带了1.6×10－15C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1.6×10－15C的正电荷，那么由电荷守恒定律可知，乙物体应带1.6×10－15C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X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X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X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X开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，X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X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X角减小，选项A正确，D错误。

[答案]　AC

[素养训练]

（2021·某某高中检测）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X开，因为球A没有和验电器上的金属球接触

B．验电器金箔X开，因为整个验电器都感应出了正电荷

C．验电器金箔X开，因为整个验电器都感应出了负电荷

D．验电器金箔X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X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2～3cm。

用宽0.5cm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·某某调研）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。