2019-2020學年高中物理 第一章 電場 第一節(jié) 認識靜電學案 粵教版選修3-1

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1、第一節(jié)　認識靜電 [學科素養(yǎng)與目標要求]　 物理觀念：1.知道自然界中的兩種電荷及三種起電方式.2.掌握電荷守恒定律.3.知道電荷量及元電荷的概念． 科學探究：了解驗電器的構(gòu)造、原理，并借助驗電器感受摩擦起電、感應起電的過程． 科學思維：知道三種起電方式的實質(zhì)是相同的，會用電荷守恒定律分析問題． 一、起電方法的實驗探究 1．判斷物體是否帶電的依據(jù)：物體具有了吸引輕小物體的性質(zhì)，我們就說它帶了電，或有了電荷． 2．電荷的電性及相互作用： (1)電性 ①用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電荷； ②用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電荷． (2)電荷間的作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引

2、． 3．三種起電方法： (1)如圖1，兩物體帶上等量的異(選填“同”或“異”)種電荷． 圖1 (2)如圖2，物體帶上與帶電體電性相同(選填“相同”或“相反”)的電荷． 圖2 (3)如圖3，一個帶電體靠近導體時，導體近端感應出異種電荷，遠端感應出同種電荷． 圖3 二、電荷守恒定律 1．電荷量： (1)電荷量：物體所帶電荷的多少叫做電荷量． (2)國際單位：庫侖，簡稱庫，用符號C表示．正電荷的電荷量為正值，負電荷的電荷量為負值． (3)中和：等量的異種電荷完全抵消的現(xiàn)象． (4)元電荷：最小的電荷量，用符號e表示．e＝1.6×10－19_C. (5)電荷量的

3、不連續(xù)性：任何帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍． 2．電荷守恒定律： (1)內(nèi)容：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一個部分轉(zhuǎn)移到另一個部分．在轉(zhuǎn)移過程中，電荷的代數(shù)和不變． (2)適用范圍：電荷守恒定律不僅在一切宏觀物理過程中成立，而且也是一切微觀物理過程所普遍遵守的規(guī)律． 1．判斷下列說法的正誤． (1)用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，是因為正電荷從絲綢轉(zhuǎn)移到玻璃棒上．(×) (2)摩擦起電的過程是電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體的過程．(√) (3)原來不帶電的絲綢和玻璃棒相互摩擦后分別帶上了異種電荷，說明通過摩擦可以創(chuàng)造電荷．(×)

4、(4)某一帶電體的電荷量可能等于5×10－19C．(×) 2．帶正電的物體C靠近不帶電的枕形導體AB，如圖4所示，A端將帶________電，B端將帶________電． 圖4 答案　負　正 一、三種起電方式 (1)帶正電的物體A與不帶電的物體B接觸，使物體B帶上了什么電荷？在這個過程中電荷是如何轉(zhuǎn)移的？ (2)如圖所示，取一對用絕緣柱支撐的導體A和B，使它們彼此接觸．起初它們不帶電，貼在下部的金屬箔片是閉合的． ①把帶正電荷的物體C移近導體A，金屬箔片有什么變化？ ②這時把A和B分開，然后移去C，金屬箔片又有什么變化？ ③再讓A和B接觸，又會看到什么現(xiàn)象？

5、 答案　(1)正電荷，在這個過程中，有電子從物體B轉(zhuǎn)移到物體A，物體B中電子數(shù)量減少，因此帶正電． (2)①C移近導體A，兩側(cè)金屬箔片都張開； ②金屬箔片仍張開，但張角變小； ③金屬箔片都閉合． 三種起電方式的比較 摩擦起電 感應起電 接觸起電 現(xiàn)象 兩物體帶上等量異種電荷 導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷 導體帶上與帶電體同性的電荷 原因 不同物質(zhì)對電子的束縛能力不同．束縛能力強的得電子，帶負電；束縛能力弱的失電子，帶正電 電子在電荷間相互作用下發(fā)生轉(zhuǎn)移，近端帶異種電荷，遠端帶同種電荷 在電荷間相互作用下，電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上 實質(zhì) 電荷在物體之

6、間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移 說明 無論哪種起電方式，發(fā)生轉(zhuǎn)移的都是電子，正電荷不會發(fā)生轉(zhuǎn)移. 例1　(多選)關(guān)于摩擦起電現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生電子和質(zhì)子 B．兩種不同材料的不帶電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(zhì)子從一個物體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移到絲綢上，玻璃棒因質(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電 答案　BD 解析　摩擦起電實質(zhì)是由于兩個物體的原子核對核外電子的束縛能力不相同，因而電子可以在物體間轉(zhuǎn)移．若一個物體失去電子，其質(zhì)子數(shù)就會比電子數(shù)多，

7、我們說它帶正電；若一個物體得到電子，其質(zhì)子數(shù)就會比電子數(shù)少，我們說它帶負電．使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷． 例2　(多選)如圖5所示，A、B為相互接觸并用絕緣支柱支持的金屬導體，起初都不帶電，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5 A．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．把C移近導體A，先把C移走，再把A、B分開，A、B上的金屬箔片仍張開 D．把C移近導體A，先把A、B分開，再把C移走，最后重新讓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　A

8、B 解析　A、B開始都不帶電，把C移近導體A時，由于靜電感應使A、B中的自由電子向左移動，使得A端帶負電荷，B端帶正電荷，所以兩邊的金屬箔片都張開，A正確．先把A、B分開，再移走C，A、B仍然帶電，金屬箔片仍張開；但重新讓A、B接觸后，A、B上的感應電荷完全中和，金屬箔片都不會張開，B正確，D錯誤．但如果先移走C，A、B上的感應電荷會馬上中和，不再帶電，所以金屬箔片都不會張開，C錯誤． 感應起電的判斷方法 1.當帶電體靠近導體時，導體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠離帶電體的一端帶同種電荷，如圖6甲所示． 2．導體接地時，該導體與地球可視為一個導體，而且該導體可視為近端導體，帶異種電

9、荷，地球就成為遠端導體，帶同種電荷，如圖乙、丙所示． 圖6 說明：用手摸一下導體，再移開手指，相當于先把導體接地，然后再與大地斷開． 二、電荷守恒定律　元電荷 (1)物體所帶的電荷量可以是任意的嗎？物體所帶的電荷量可以是4×10－19C嗎？ (2)電子和質(zhì)子就是元電荷嗎？ (3)在摩擦起電過程中，一個物體帶上了正電荷，另一個物體帶上了負電荷，該過程是否創(chuàng)造了電荷？ 答案　(1)物體所帶的電荷量不是任意的，它只能是1.60×10－19C的整數(shù)倍．由于4×10－19C是1.60×10－19C的2.5倍，所以物體所帶的電荷量不能是4×10－19C. (2)元電荷是最小

10、的電荷量，不是物質(zhì)；電子和質(zhì)子是實實在在的粒子，不是元電荷． (3)摩擦起電的過程并沒有創(chuàng)造電荷，只是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移． 1．使物體帶電的實質(zhì)不是創(chuàng)造了電荷，而是物體所帶的電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，起電的過程就是物體間或物體內(nèi)部電荷的重新分布． 2．電荷的中和是指帶等量異號電荷的兩物體接觸時，經(jīng)過電子的轉(zhuǎn)移，物體達到電中性的過程． 3．導體接觸帶電時電荷量的分配與導體的材料、形狀、大小有關(guān)，當兩個完全相同的金屬球接觸后，電荷量將平均分配，即最后兩個球帶等量的同種電荷或均不帶電． 4．元電荷 (1)元電荷是最小的電荷量，而不是實物粒子，元電荷無正、負之分． (2)雖然質(zhì)子、電子的電荷量等于

11、元電荷，但不能說質(zhì)子、電子是元電荷． (3)電子的比荷：電子的電荷量e與電子的質(zhì)量me之比，叫做電子的比荷． 例3　完全相同的兩金屬小球A、B帶有相同大小的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個完全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)2∶3　(2)2∶1 解析　(1)設A、B帶電荷量大小均為q，則A、C接觸后，A、C帶電荷量為qA＝qC＝q. C與B接觸后，B、C所帶電荷量為qB＝qC′＝＝q. 故A、B帶電荷量大小之比為＝＝

12、. (2)設A帶正電，B帶負電，且所帶電荷量大小均為Q. 則C與A接觸后，A、C帶電荷量為qA′＝qC″＝＋Q. C與B接觸后，B、C帶電荷量為 qB′＝qC＝＝－Q， 故A、B帶電荷量大小之比為＝＝. 例4　放在絕緣支架上的兩個完全相同的金屬小球A、B分別帶有電荷量QA＝6.4×10－9C、QB＝－3.2×10－9C，讓兩個金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移？轉(zhuǎn)移了多少個？ 答案　電子由B球轉(zhuǎn)移到A球　3.0×1010個 解析　兩小球接觸時，電荷量少的負電荷先被中和，剩余的正電荷再重新分配，由于兩小球完全相同，剩余正電荷一定平分，即接觸后兩小球帶電荷量QA′＝QB′＝

13、＝C＝1.6×10－9C 在接觸過程中，電子由B球轉(zhuǎn)移到A球，自身的負電荷全部中和后，繼續(xù)轉(zhuǎn)移，使B球帶QB′的正電，這樣共轉(zhuǎn)移的電荷量為 ΔQ＝QB′－QB＝1.6×10－9C－(－3.2×10－9C) ＝4.8×10－9C 則轉(zhuǎn)移的電子數(shù) n＝＝(個)＝3.0×1010(個)． [學科素養(yǎng)]　通過例3、例4的學習，使學生進一步掌握電荷守恒定律及其相關(guān)應用，知道兩個完全相同的金屬球接觸后將平分電荷，較好地體現(xiàn)了“物理觀念”和“科學思維”的核心素養(yǎng)． 三、驗電器的原理和使用 驗電器的兩種應用方式及原理 (1)帶電體接觸驗電器：當帶電的物體與驗電器上面的金屬球接觸時，有一部分電

14、荷轉(zhuǎn)移到驗電器上，與金屬球相連的兩個金屬箔片帶上同種電荷，因相互排斥而張開．如圖7甲． (2)帶電體靠近驗電器：當帶電體靠近驗電器的金屬球時，帶電體會使驗電器的金屬球感應出異種電荷，而金屬箔片上會感應出同種電荷(感應起電)，兩箔片在斥力作用下張開，如圖乙． 圖7 例5　如圖8所示，用起電機使金屬球A帶負電，靠近驗電器B的金屬球，則(　　) 圖8 A．驗電器的金屬箔片不張開，因為球A沒有和B接觸 B．驗電器的金屬箔片張開，因為整個驗電器都帶上了正電 C．驗電器的金屬箔片張開，因為整個驗電器都帶上了負電 D．驗電器的金屬箔片張開，因為驗電器下部的兩金屬箔片都帶上了負電 答

15、案　D 解析　帶負電的球A靠近驗電器B的金屬球，根據(jù)電荷“同性相斥，異性相吸”的特點知，驗電器金屬球上的電子會被球A上的負電荷排斥到驗電器下端箔片上，則驗電器下部的兩金屬箔片就會因帶負電荷而相斥，箔片張開，故選D. 1．(對三種起電方式的理解)(多選)下列說法中正確的是(　　) A．靜電感應不是創(chuàng)造電荷，只是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 B．摩擦起電時，一個物體失去一些電子而帶正電，另一個物體得到這些電子而帶負電 C．摩擦起電和感應起電都能使電子轉(zhuǎn)移，只不過前者使電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上，而后者則使電子從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 D．一個帶電體接觸一個不帶電的物體

16、，兩個物體可能帶上異種電荷 答案　ABC 2.(感應起電)(多選)(2018·濟寧市高二上月考)如圖9所示，把置于絕緣支架上的不帶電的枕形導體放在帶負電的導體C附近，導體的A端感應出正電荷，B端感應出負電荷．關(guān)于使導體帶電的以下說法中正確的是(　　) 圖9 A．如果用手摸一下導體的B端，B端自由電子將經(jīng)人體流入大地，手指離開，移去帶電體C，導體帶正電 B．如果用手摸一下導體的A端，大地的自由電子將經(jīng)人體流入導體與A端的正電荷中和，手指離開，移去帶電體C，導體帶負電 C．如果用手摸一下導體的中間，由于中間無電荷，手指離開，移去帶電體C，導體不帶電 D．無論用手摸一下導體的什么位

17、置，導體上的自由電子都經(jīng)人體流入大地，手指離開，移去帶電體C，導體帶正電 答案　AD 解析　無論用手摸一下導體的什么位置，都會使枕形導體通過人體與大地相連，由于靜電感應，導體上的自由電子將經(jīng)人體流入大地，使得導體帶正電，手指離開，移去帶電體C，導體帶正電，故選A、D. 3．(驗電器的原理)如圖10所示，用絲綢摩擦過的玻璃棒和驗電器的金屬球接觸，使驗電器的金屬箔片張開，關(guān)于這一現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) 圖10 A．兩片金屬箔片上帶異種電荷 B．兩片金屬箔片上均帶負電荷 C．金屬箔片上有電子轉(zhuǎn)移到玻璃棒上 D．將玻璃棒移走，則金屬箔片立即合在一起 答案　C 解析　用絲

18、綢摩擦過的玻璃棒帶正電，若將其接觸驗電器的金屬球，此時兩個箔片上均帶正電荷；在此過程中，一部分電子會從驗電器向玻璃棒轉(zhuǎn)移；移走玻璃棒后，箔片仍帶電，不會立即合在一起，選項C正確． 4．(電荷守恒定律的應用)有三個相同的金屬小球A、B、C，其中小球A帶有2.0×10－5C的正電荷，小球B、C不帶電，現(xiàn)在讓小球C先與球A接觸后取走，再讓小球B與球A接觸后分開，最后讓小球B與小球C接觸后分開，最終三球的帶電荷量分別為qA′＝______________C，qB′＝______________C，qC′＝____________C. 答案　5×10－6　7.5×10－6　7.5×10－6 解析　

19、小球C先與球A接觸后平分A的電荷，則qA＝qC＝＝1.0×10－5C，再讓小球B與球A接觸后分開，則qA′＝qB＝＝5×10－6C；最后讓小球B與小球C接觸后分開，則qB′＝qC′＝＝7.5×10－6C. 一、選擇題 考點一　電荷量與元電荷 1．(多選)關(guān)于電荷量，以下說法正確的是(　　) A．物體所帶的電荷量可以為任意值 B．物體所帶的電荷量只能為某些值 C．物體帶電荷量的最小值為1.6×10－9C D．若物體帶正電荷，電荷量為1.6×10－9C，這是因為物體失去了1.0×1010個電子 答案　BD 解析　物體所帶的電荷量不能為任意值，只能為元電荷的整數(shù)倍，故A錯誤，B

20、正確．物體帶電荷量的最小值與電子的電荷量數(shù)值相等，為1.6×10－19C，故C錯誤． 物體帶電荷量為1.6×10－9C，說明物體失去了＝1.0×1010個電子，故D正確． 考點二　三種起電方式 2．(2018·南通中學高二檢測)絕緣細線上端固定，下端掛一輕質(zhì)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(xiàn)使b帶電，則(　　) 圖1 A．b將吸引a，吸住后不放 B．b先吸引a，接觸后又把a排斥開 C．a(chǎn)、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　帶電物體能夠吸引輕小物體，故b會將a球吸引過來，a與b接觸后，帶同種

21、電荷而相互排斥，由此可知，B正確，A、C、D錯誤． 3.如圖2所示，放在絕緣支架上帶正電的導體球A，靠近放在絕緣支架上不帶電的導體B，導體B用導線經(jīng)開關(guān)接地，現(xiàn)把S先合上再斷開，再移走A，則導體B(　　) 圖2 A．不帶電B．帶正電C．帶負電D．不能確定 答案　C 解析　根據(jù)靜電感應現(xiàn)象和電荷間的相互作用，可判斷導體B帶負電，故選C. 4.(多選)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(xiàn)象的判斷與分析，下列說法正確的是(　　) 圖3

22、 A．筆套碰到圓環(huán)后，筆套所帶的電荷立刻被全部中和 B．摩擦使筆套帶電 C．筆套靠近圓環(huán)時，圓環(huán)上、下部分感應出異種電荷 D．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 答案　BCD 考點三　驗電器及其原理 5．使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器的金屬箔片張開，如圖表示驗電器上感應電荷的分布情況，正確的是(　　) 答案　B 解析　把帶電金屬球靠近不帶電的驗電器，會改變驗電器上的電荷分布；由于電荷間同性相斥、異性相吸，使得驗電器上靠近帶電金屬球的一端和金屬球電性相反，而遠離帶電金屬球的一端和金屬球電性相同，故選項B正確． 6．(2018·宿遷市沭陽

23、縣高二期中)如圖4所示，有一帶正電的驗電器，將不帶電的金屬球A接觸驗電器的小球B時，驗電器的金箔張角(　　) 圖4 A．變大　　　　　 B．變小 C．不變　　　　　 D．先變小，后變大 答案　B 解析　有一帶正電的驗電器，將不帶電的金屬球A接觸驗電器的小球B時，金屬球A將帶正電，根據(jù)電荷守恒定律有，驗電器的電荷減小，驗電器的金箔張角減小，故B正確，A、C、D錯誤． 考點四　電荷守恒定律的應用 7．如圖5所示，左邊是一個原先不帶電的導體，右邊C是后來靠近的帶正電的導體球，若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導體切開，導體分為A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量的數(shù)值分別為QA、QB，則下列

24、結(jié)論正確的是(　　) 圖5 A．沿虛線d切開，A帶負電，B帶正電，且QA＞QB B．只有沿虛線b切開，才有A帶正電，B帶負電，且QA＝QB C．沿虛線a切開，A帶正電，B帶負電，且QA＜QB D．沿任意一條虛線切開，都有A帶正電，B帶負電，且QA＝QB 答案　D 解析　導體原來不帶電，在帶正電的導體球C靜電感應的作用下，導體中的自由電子向B部分轉(zhuǎn)移，使B部分有了多余的電子而帶負電；A部分少了電子而帶正電．根據(jù)電荷守恒定律，A部分移走的電子數(shù)目和B部分多余的電子數(shù)目是相同的，因此無論從哪一條虛線切開，兩部分的電荷量總是相等的，故只有D正確． 二、非選擇題 8．有三個完全相同

25、的絕緣金屬小球A、B、C，其中小球A帶有3×10－3C的正電荷，小球B帶有2×10－3C的負電荷，小球C不帶電．先讓小球C與小球A接觸后分開，再讓小球B與小球A接觸后分開，最后讓小球B與小球C接觸后分開，試求這時三個小球的帶電荷量分別為多少？ 答案　qA＝－2.5×10－4C　qB＝6.25×10－4CqC＝6.25×10－4C 解析　C、A接觸后分開，A、C帶電荷量均為C＝1.5×10－3C，再讓小球B與小球A接觸后分開，A、B帶電荷量均為C＝－2.5×10－4C，最后讓小球B與小球C接觸后分開，B、C帶電荷量均為C＝6.25×10－4C，故最終三個小球的帶電荷量分別為qA＝－2.5×10－4C，qB＝6.25×10－4C，qC＝6.25×10－4C. 12