2022-2023学年鲁科版（2019）必修第三册 1.1 静电的产生及其微观解释 学案

2022-2023学年鲁科版（2019）必修第三册1.1静电的产生及其微观解释学案[学习目标]1.知道使物体带电的几种方式。2.理解电荷守恒定律的内容。3.运用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。4.通过实验，观察并分析静电现象。[基础梳理]一、静电的产生1.电荷(1)电荷量：电荷的多少。在国际单位制中，电荷量的单位为库仑，简称库，符号为C。(2)电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。2.摩擦起电：当两个由不同物质组成的物体互相摩擦时，一个物体中某些原子的电子挣脱了原子核的束缚，转移到另一个物体上，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等量的正电。3.接触起电：当一个带电体接触导体时，电荷会发生转移，使导体也带电。4.感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电子便会靠近或远离带电体，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，这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。二、产生静电的微观解释1.电荷守恒定律表述：电荷既不能被创造，也不能被消灭，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。在转移过程中，电荷的总量不变。2.摩擦起电的实质：两个不同物质组成的物体相互摩擦，由于摩擦力做功，一个物体中的电子获得能量，挣脱原子核的束缚转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律，一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电。3.感应起电的实质是在附近带电体所带电荷的作用下，导体中的自由电荷从导体的一部分转移到了另一部分。三、验电器的构造、原理及用途1.构造2.原理金属箔片带同种电荷后，由于同种电荷相互排斥而张开。3.应用(1)检验物体是否带电。(2)物体带电的种类。【易错提醒】1.摩擦起电适用于绝缘体，接触起电和感应起电适用于导体。2.物体带电的实质是电荷发生了转移，或物体间电荷的重新分配。3.一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。[能力拓展]一、三种起电方式的比较方式内容摩擦起电感应起电接触起电产生条件两不同绝缘体摩擦时导体靠近带电体时导体与带电体接触时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电性相同的电荷二、产生静电的微观解释1.对电荷守恒定律的理解电荷守恒定律是自然界最基本的规律之一，任何电现象都遵守电荷守恒定律。实例：一个高能光子可以产生一对正、负电子，一对正、负电子可同时湮没，转化为光子。带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变。2.三种带电的微观解释方式内容摩擦起电感应起电接触带电微观解释不同物质的原子核对核外电子的约束力不同，摩擦时电子从一物体转移到另一物体导体中的自由电子受到带电体对它的排斥(或者吸引)，而移向导体的远端(或者近端)电荷间的相互作用，使得自由电子在带电体和导体上转移，且重新分布实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移3.接触起电现象中电荷量的分配(两个完全相同的金属球)带同种电荷(Q1和Q2)接触后平分原来的所带电荷的总和，即Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1＋Q2,2)。带异种电荷(Q1和－Q2)接触后先中和后平分，即Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1－Q2,2)。带等量异种电荷的两个物体接触时，经过电荷的转移，物体达到电中性。[随堂演练]1．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷.关于丝绸的带电状况，下列叙述中正确的是（）A．不带电 B．带正电荷 C．带负电荷 D．带电状况具有随机性2．将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，如图所示，下列几种方法中能使两球都带电的是（）A．先把两球分开，再移走棒B．先移走棒，再把两球分开C．先将两球分开，棒再接触一下其中一球D．棒带的电荷量如果不变，不能使两导体球带电3．N95口罩中起阻隔作用的关键层是熔喷布，熔喷布的纤维里加入了驻极体材料，它能依靠静电感应吸附比熔喷布网状纤维孔洞小很多的0.1μm量级或更小的微粒，从而有了更好的过滤效果。制备驻极体的一种方法是对某些电介质材料进行加热熔化，然后在强电场中进行极化冷却。电介质中每个分子都呈电中性，但分子内正、负电荷分布并不完全重合，每个分子可以看成是等量异号的电荷对。如图所示，某种电介质未加电场时，分子取向随机排布，熔化时施加水平向左的匀强电场，正、负电荷受电场力的作用，分子取向会发生一致性的变化。冷却后撤掉电场，形成驻极体，分子取向能够较长时间维持基本不变。这个过程就像铁在强磁场中磁化成磁铁的过程。根据以上信息可知，下列说法中正确的是（）A．驻极体通过与吸入的空气中微粒的接触，使得微粒带电，从而起到吸附过滤作用B．若放置时间过长，驻极体口罩会因电场衰减而过期，这是电荷中和的结果C．驻极体就像一个平行板电容器，电场只存在于内部，外部没有电场D．上述材料冷却后，撤去外电场，材料左边界带正电，右边界带负电4．某同学在研究静电感应时，用带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开。验电器上感应电荷的分布情况正确的是（）A．B．C． D．5．如图所示，两根绝缘轻绳将两个大小和材料均相同的带正电小球(可视为质点)系于同一点，A球靠在绝缘墙壁上，B球保持静止状态．两球所带电荷量分别为qA=2q和qB=4q．现将B球与A球接触后再次释放，稳定后两球均静止，下列说法中正确的是（）A．B球的电荷量不变B．轻绳对B球的拉力变大C．A、B两球间库仑力减小D．A、B两球间距离与原来两球间距离的比值为6．科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电量的单位，关于元电荷，下列论述中不正确的是（）A．把质子或电子叫元电荷B．的电量叫元电荷C．电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷D．质子带有最小的正电荷，其电量的绝对值叫元电荷7．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，分别贴在导体A、B下部的金属箔均是闭合。现将用丝绸摩擦过的玻璃棒C移近导体A，回答下列问题：(1)若先把A和B分开，然后移去C，此时A导体上的金属箔______，B导体上的金属箔______（填“带正电”、“带负电”、“不带电”）。若再用手接触B，此时观察到的现象是______；(2)若先移去C，然后把A和B分开，此时A导体金属箔______，B导体金属箱______（填“带正电”、“带负电”、“不带电”）；(3)A、B导体带电的实质是______。8．电荷量为+Q的带电体C右侧有两个相互接触的不带电的金属导体A和B，它们均放在绝缘支架上，若先将A、B分开，再移走C，则A带______电，B带_______电；若先将C移走，再把A、B分开，则A、B___________。参考答案1．C【详解】用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，摩擦的过程中，其实质是电子的转移，玻璃棒失去电子而带正电，丝绸得到电子而带负电。故选C。2．A【详解】将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球互相接触，则甲的左端和乙的右端分别感应出等量异种电荷；A．先把两球分开，再移走棒，则两球会带上等量异种电荷，选项A正确；B．先移走棒，则两球上的感应电荷会消失，则再把两球分开时，两球不带电，选项B错误；C．先把两球分开，棒再接触一下其中一球，则只能使一球带电，选项C错误；D．由以上分析可知，选项D错误。故选A。3．D【详解】A．驻极体通过静电感应，吸附小的微粒，从而起到吸附过滤作用，故A错误；B．若放置时间过长，驻极体口罩会因电场衰减而过期，这是极化电荷又变的杂乱无章的结果，故B错误；C．驻极体与驻极体是有间隙的，在每个驻极体周围都存在着电场，所有电场累加在一起相当于左右两个极板的电场，但与平行板电容器不同的是，内部不是匀强电场，周围也存在电场，故C错误；D．根据电荷的极化，上述材料冷却后，撤去外电场，材料左边界带正电，右边界带负电，故D正确。故选D。4．B【详解】由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，故验电器的上端应带上与小球异号的电荷，而验电器的箔片上将带上与小球同号的电荷。故选B。5．D【详解】A、两个完全相同的小球接触后带电量平分，则两个小球后来的带电量：qA′＝qB′＝＝3q，B的带电量减小．故A错误；若二者之间的距离不变，根据库仑定律可知库仑力增大，所以二者之间的距离必定增大．对B球受力分析，受重力、拉力T和库仑力F，如图所示：

由图可知，△ABO∽△BMN，根据平衡条件并结合相似三角形法，有：；由于AO与BO不变，小球的质量m不变，所以AB之间的距离增大时，绳子的拉力T不变；由上式可得：F=•AB；设开始时AB之间的即可为L，接触后AB之间的距离为L′，则开始时：；后来平衡时：；又：F1＝•L，F2＝•L′；联立可得：L′＝L，故BC错误．D正确；故选D．6．A【详解】ACD．由元电荷定义：将电子或质子所带电量的绝对值称为元电荷，而不是把质子或电子叫元电荷，故A错误，符合题意，CD正确，不符合题意；B．的电量叫元电荷，故B正确，不符合题意。故选A。7．带负电带正电B导体的金属箔闭合不带电不带电电子转移（或电荷转移）【详解】丝绸摩擦过的玻璃棒C带正电荷，导体A、B接触在一起时，处在正电荷的电场中，由于静电感应，导体A的左端感应出负电荷，导体B的右端感应出正电荷，且电荷量相等，所以导体两端的金属箔都张开，且左端带负电，右端带正电。(1)[1][2][3]若先把A和B分开，然后移去C，导体A、B的电荷不能中和，故A导体上的金属箔带负电，B导体上的金属箔带正电，若用手接触B则将B导体的正电荷中和而不再带电，故此时观察到的现象是B导体的金属箔闭合；(2)[4][5]若先