2017屆高中物理第1章靜電場第1講靜電現象及其微觀解釋學案魯科版選修.docx

第1講靜電現象及其微觀解釋目標定位1.了解電荷及靜電現象的產生.2.了解靜電的應用及防護.3.掌握電荷守恒定律并能解答相應問題.一、靜電的產生1.使物體帶電的三種方式：摩擦起電、接觸起電、感應起電.2.靜電感應：導體因受附近帶電體的影響而帶電的現象叫做靜電感應.利用靜電感應使物體帶電的方式叫感應起電.3.電荷：物理學規(guī)定：用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電.同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.二、原子結構與電荷守恒1.原子結構：物質是由原子、分子、離子等微粒組成；原子是由原子核和電子組成；原子核是由中子和質子組成.質子帶正電，電子帶負電，物體不顯電性.2.電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從物體的一部分轉移到另一部分，或者從一個物體轉移到另一個物體.在轉移的過程中，電荷的總量不變.這個規(guī)律叫做電荷守恒定律.3.物體帶電的本質：電子的轉移.想一想摩擦起電的物體所帶的電荷是哪里來的？答案摩擦起電的電荷是相互摩擦的物體間電子的轉移造成的.三、靜電的應用與防護1.靜電的應用：激光打印機、靜電噴霧、靜電除塵、靜電殺菌等.2.防止靜電危害的方法之一是：盡快把靜電導走.想一想油罐車車尾為什么拖著一條長長的鐵鏈？答案由于運輸過程中油和油罐摩擦產生了靜電，通過一條鐵鏈可以將電荷導走，避免引起爆炸事故.一、三種起電方式1.摩擦起電：當兩個物體相互摩擦時，一些束縛不緊的電子會從一個物體轉移到另一個物體，于是原來呈電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶正電.2.感應起電：當一個帶電體靠近導體時，由于電荷之間相互吸引或排斥，導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠離帶電體的一端帶同號電荷.3.接觸起電：當導體與帶電導體接觸時，電子從一個物體轉移到另一個物體上，使導體帶上與帶電體相同性質的電荷.4.三種起電方式的實質都是自由電子的轉移.例1絕緣細線上端固定，下端掛一輕質小球a，a的表面鍍有鋁膜；在a的旁邊有一絕緣金屬球b，開始時a、b都不帶電，如圖1所示，現使b帶電，則()圖1A.b將吸引a，吸住后不放開B.b先吸引a，接觸后又把a排斥開C.a、b之間不發(fā)生相互作用D.b立即把a排斥開答案B解析b球帶電后，使a產生靜電感應，感應的結果是a靠近b的一側出現與b異種的感應電荷，遠離b的一側出現與b同種的感應電荷.雖然a上的感應電荷等量異號，但因為異種電荷離b更近，所以b對a的電場力為引力.當b吸引a使兩者接觸后，由于接觸帶電，b、a又帶上同種電荷，有斥力作用，因而又把a排斥開，所以B項正確.借題發(fā)揮(1)帶電體具有吸引輕小物體的性質，所以兩物體吸引不一定是因為帶有異種電荷.也可能是因為其中一個是輕小物體.(2) 在處理帶電物體間發(fā)生相互作用時，需特別注意帶電物體具有吸引不帶電的輕小物體的特性，所以當兩物體相互吸引時，其可能情況是一個帶電，另一個不帶電，也可能是兩物體帶異種電荷.針對訓練如圖2所示，A、B為相互接觸的用絕緣支柱支持的金屬導體，起初它們不帶電，在它們的下部貼有金屬箔片，C是帶正電的小球，下列說法正確的是()圖2A.把C移近導體A時，A、B上的金屬箔片都張開B.把C移近導體A，先把A、B分開，然后移去C，A、B上的金屬箔片仍張開C.先把C移走，再把A、B分開，A、B上的金屬箔片仍張開D.先把A、B分開，再把C移走，然后重新讓A、B接觸，A上的金屬箔片張開，而B上的金屬箔片閉合答案AB解析雖然A、B起初都不帶電，但帶正電的導體C對A、B內的電荷有力的作用，使A、B中的自由電子向左移動，使得A端積累了負電荷，B端帶正電荷，其下部貼有的金屬箔片分別帶上了與A、B同種的電荷，所以金屬箔片都張開，A正確.C只要一直在A、B附近，先把A、B分開，A、B上的電荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍帶等量異種的感應電荷，此時再移走C，A、B所帶電荷量不變，金屬箔片仍張開，B正確.但如果先移走C，A、B上的感應電荷會馬上中和，不再帶電，所以箔片都不會張開，C錯.先把A、B分開，再移走C，A、B仍然帶電，但重新讓A、B接觸后，A、B上的感應電荷會完全中和，箔片都不會張開，D錯.故選A、B.二、電荷守恒定律的理解和應用1.三種起電方式的本質都是電子的轉移，在轉移的過程中電荷的總量不變注意(1)電中性的物體內部也有電荷的存在，只是電荷量的代數和為零，對外不顯電性；(2)電荷的中和是指帶等量異號電荷的兩物體接觸時，經過電子的轉移，最終達到電中性的過程.2.接觸帶電時電荷量的分配與導體的形狀、大小有關，當兩個完全相同的金屬球接觸后，電荷將平均分配，即最后兩個球一定帶等量的同種電荷.若兩個球原先帶同號電荷，電荷量相加后均分；若兩個球原先帶異號電荷，則電荷先中和再均分.例2一帶負電絕緣金屬小球放在潮濕的空氣中，經過一段時間后，發(fā)現該小球上的電荷幾乎不存在了，這說明()A.小球上原有的負電荷逐漸消失了B.在此現象中，電荷不守恒C.小球上負電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導走了D.該現象是由于電子的轉移引起的，仍然遵循電荷守恒定律答案CD解析絕緣金屬小球上的電荷量減少是由于電子通過空氣導電轉移到外界，使小球上的電荷量減少，但這些電子并沒有消失，就小球和整個外界組成的系統(tǒng)而言，其電荷總量保持不變，因此C、D選項正確.例3半徑相同的兩金屬小球A、B帶有相同的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個半徑相同的不帶電金屬小球C，先后與A、B接觸后移開.(1)若A、B兩球帶同種電荷，接觸后兩球的電荷量大小之比為多大；(2)若A、B兩球帶異種電荷，接觸后兩球的電荷量大小之比為多大.答案(1)23(2)21解析(1)設A、B帶同種電荷且電荷量均為q，則A、C接觸后，A、C所帶電荷量為qAqCq.C與B球接觸后，B、C所帶電荷量為：qBqCq.故A、B所帶電荷量大小之比為.(2)設qAq，qBq.則C與A接觸后，A、C所帶電荷量為qAqCq.C與B接觸后，B、C所帶電荷量為qBqCq，故A、B所帶電荷量大小之比為.借題發(fā)揮(1)相同的金屬球帶同種電荷時，接觸時總電荷量平分.(2)相同的金屬球帶異種電荷時，接觸時電荷中和后將剩余電荷平分.三、靜電的應用與防護1.靜電的危害：雷鳴閃電造成人畜傷亡，靜電火花引發(fā)的爆炸和火災，靜電放電導致電子設備的故障，以及工業(yè)中的一些靜電危害等.2.防止靜電危害的措施有：盡快導走多余電荷，避免靜電積累；調節(jié)空氣的濕度；易燃易爆環(huán)境中保持良好的通風、消除靜電火花的引爆條件.例4下列措施利用了靜電的是()A.油罐車的油罐有條鐵鏈搭到地上B.農藥噴灑飛機噴灑的農藥霧滴帶正電C.家用電器如洗衣機接有地線D.手機一般都裝有天線答案B解析油罐車的油罐有條鐵鏈搭到地上，目的是把油罐車產生的靜電導到地下，保證油罐車的安全，家用電器也一樣，A、C錯誤.農藥噴灑飛機噴灑的農藥霧滴帶正電，而葉子上都帶有負電，農藥不會被風吹走，B正確.手機接有天線目的是為了更好的接收信號，D錯誤.對物體帶電本質的理解1.如圖3所示，用起電機使金屬球A帶上正電荷，并靠近驗電器B，則()圖3A.驗電器金箔不張開，因為球A沒有和驗電器B接觸B.驗電器金箔張開，因為整個驗電器都感應出了正電荷C.驗電器金箔張開，因為整個驗電器都感應出了負電荷D.驗電器金箔張開，因為驗電器的下部箔片感應出了正電荷答案D解析相對于金屬球來講，金屬箔片是距離帶電體A較遠的一端，根據靜電感應規(guī)律可知，驗電器的兩金屬箔片都帶上了正電荷，而同種電荷相斥，所以金屬箔片張開，即D正確.電荷守恒定律的理解和應用2.有兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B，分別帶有電荷量為QA6.4109C、QB3.2109C，讓兩個絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉移并轉移了多少個電子？答案電子由B球轉移到了A球，轉移了3.01010個電子解析當兩小球接觸時，帶電荷量少的負電荷先被中和，剩余的正電荷再重新分配.由于兩小球相同，剩余正電荷必均分，即接觸后兩小球帶電荷量QAQBC1.6109C.在接觸過程中，電子由B球轉移到A球，不僅將自身電荷中和，且繼續(xù)轉移，使B球帶QB的正電，這樣，共轉移的電子電荷量為QBQBQB1.6109(3.2109)C4.8109C.轉移的電子數n3.01010(個).靜電的應用與防護3.專門用來運輸柴油、汽油的油罐車，在它的尾部都裝有一條拖在地上的鐵鏈，對它的作用下列說法正確的是 ()A.讓鐵鏈與路面摩擦產生靜電，使油罐車積累一定的靜電荷B.讓鐵鏈發(fā)出聲音，以引起其他車輛的注意C.由于罐體與油摩擦產生了靜電，罐體上的靜電被鐵鏈導入大地，從而避免了火花放電D.由于罐體與油摩擦產生了靜電，鐵鏈將油的靜電導入大地，從而避免了火花放電答案C解析在運輸柴油、汽油時，由于上下左右顛簸搖擺，造成油和油罐摩擦而產生靜電，所以在油罐車尾部裝一條拖在地上的鐵鏈能將靜電導入大地從而避免靜電的積累.題組一對起電的三種方式的理解1.關于摩擦起電現象，下列說法正確的是()A.摩擦起電現象使本來沒有電子和質子的物體中產生電子和質子B.兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后，同時帶上等量異種電荷C.摩擦起電，可能是因為摩擦導致質子從一個物體轉移到了另一個物體而形成的D.絲綢摩擦玻璃棒時，電子從玻璃棒上轉移到絲綢上，玻璃棒因質子數多于電子數而顯正電答案BD解析摩擦起電實質是由于兩個物體的原子核對核外電子的約束能力不同，因而電子可以在物體間轉移，若一個物體失去電子，其質子數就會比電子數多，我們說它帶正電.若一個物體得到電子，其質子數就會比電子數少，我們說它帶負電.使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷.2.如圖1所示，將帶電棒移近兩個不帶電的導體球，甲、乙兩個導體球開始時互相接觸且對地絕緣.下述幾種方法中能使兩球都帶電的是()圖1A.先把兩球分開，再移走棒B.先移走棒，再把兩球分開C.先將棒接觸一下其中的一球，再把兩球分開D.棒的電荷量不變，兩導體球不能帶電答案AC解析感應起電應遵從以下幾個步驟：(1)兩導體彼此接觸；(2)帶電體移近兩導體；(3)先分開兩導體，再移走帶電體.由此可知，A項可以使兩球都帶電；帶電體與非帶電體接觸，電荷發(fā)生轉移，使物體帶電，C項可以使兩球都帶電.故正確選項為A、C.3.A和B都是不帶電的物體，它們互相摩擦后A帶負電荷1.61010C，下列判斷中正確的是()A.在摩擦前A和B的內部電荷量為零B.摩擦的過程中電子從A轉移到了BC.A在摩擦過程中一定得到了1109個電子D.A在摩擦過程中一定失去了1.61019C電子答案AC解析根據電荷守恒定律及電子帶負電可知，選項A、C正確.4.懸掛在絕緣細線下的兩個輕質小球，表面鍍有金屬薄膜，由于電荷的相互作用而靠近或遠離，分別如圖2甲、乙所示，則()圖2A.甲圖中兩球一定帶異種電荷B.乙圖中兩球一定帶同種電荷C.甲圖中兩球至少有一個帶電D.乙圖中兩球只有一個帶電答案BC解析題目中的小球都是鍍有金屬薄膜的輕質小球，帶電物體具有吸引輕小物體的性質，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，所以可以判斷出題圖甲的現象可以是兩個帶異種電荷的小球，也可以是一個小球帶電而另一個小球不帶電；兩個小球由于相互排斥而出現題圖乙中的現象，則必須都帶電且是同種電荷.5.用金屬箔做成一個不帶電的圓環(huán)，放在干燥的絕緣桌面上.小明同學用絕緣材料做的筆套與頭發(fā)摩擦后，將筆套自上向下慢慢靠近圓環(huán)，當距離約為0.5cm時圓環(huán)被吸引到筆套上，如圖3所示.對上述現象的判斷與分析，下列說法正確的是()圖3A.因為筆套絕緣，所以摩擦不能使筆套帶電B.筆套靠近圓環(huán)時，圓環(huán)上、下部感應出異號電荷C.圓環(huán)被吸引到筆套的過程中，圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)的重力D.筆套碰到圓環(huán)后，筆套所帶的電荷立刻被全部中和答案BC解析筆套與頭發(fā)摩擦后，能夠吸引圓環(huán)，說明筆套上帶了電荷，即摩擦使筆套帶電，選項A錯誤；筆套靠近圓環(huán)時，由于靜電感應，會使圓環(huán)上、下部感應出異號電荷，選項B正確；圓環(huán)被吸引到筆套的過程中，是由于圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)所受的重力，故選項C正確；筆套碰到圓環(huán)后，筆套上的部分電荷轉移到圓環(huán)上，使圓環(huán)帶上性質相同的電荷，選項D錯誤.6.如圖4所示，是一個帶正電的驗電器，當一個金屬球A靠近驗電器上的金屬小球B時，驗電器中金屬箔片的張角減小，則()圖4A.金屬球A可能不帶電B.金屬球A一定帶正電C.金屬球A可能帶負電D.金屬球A一定帶負電答案AC解析驗電器上的金屬箔片和金屬球都帶有正電荷，金屬箔片之所以張開，是由于箔片上的正電荷互相排斥造成的.當驗電器金屬箔片的張角減小時，說明箔片上的正電荷一定比原來減少了，由于金屬球A只是靠近驗電器而沒有與驗電器上的金屬球B發(fā)生接觸，要考慮感應起電的影響.當金屬球A靠近時，驗電器的金屬球B、金屬桿包括金屬箔片整體相當于一個導體，金屬球A離金屬球B較近，而離金屬箔片較遠.如果金屬球A帶正電，驗電器上的正電荷一定向遠處移動，則金屬箔片上的電荷量不會減少，所以選項B是錯誤的.如果金屬球A帶負電，驗電器上的正電荷會由于引力作用向近端移動，造成金屬箔片上的電荷量減少，所以選項C是正確的.如果金屬球A不帶電，由于受到金屬球B上正電荷的影響，金屬球A上靠近B的部分也會由于靜電力的作用出現負電荷，而這些負電荷反過來會使得驗電器上的正電荷向金屬球B移動，效果與金屬球A帶負電荷一樣.所以選項A也是正確的，選項D是錯誤的.題組二對電荷守恒定律的理解7.把兩個完全相同的小球接觸后分開，兩球相互排斥，則兩球原來的電荷情況不可能是()A.一個小球原來帶電，另一個小球原來不帶電B.兩個小球原來分別帶等量異種電荷C.兩個小球原來分別帶同種電荷D.兩個小球原來分別帶不等量異種電荷答案B解析兩個完全相同的小球接觸后互相排斥，說明原來兩球所帶電荷量的代數和不等于零.若原來兩小球分別帶有等量的異種電荷，則接觸后將發(fā)生中和，兩球均不帶電，不會發(fā)生排斥作用，故選項B正確.8.如圖5導體A帶5q的正電荷，另一完全相同的導體B帶q的負電荷，將兩導體接觸一會兒后再分開，則B導體的電荷量為()圖5A.qB.qC.2qD.4q答案C解析相同帶電體接觸后，電荷量先中和，后平分.9.如圖6所示，通過調節(jié)控制電子槍產生的電子束，使其每秒有104個電子到達收集電子的金屬瓶，經過一段時間，金屬瓶上帶有81012C的電荷量，求：圖6(