1-1认识静电 学案

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第1讲　认识静电
[目标定位]　1.知道自然界中有两种电荷及其相互作用的性质.2.知道使物体带电的三种方式.3.掌握电荷守恒定律及元电荷的概念.
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一、起电方法的实验探究
1.带电：物体具有吸引轻小物体的性质我们称其为带电.
2.两种电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷；用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫做负电荷.同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.
3.使物体带电的方式有：摩擦起电、接触起电和感应起电.
想一想　带正电的物体A与不带电的物体B接触，使物体B带上了正电荷，在这个过程中电荷是如何转移的？
答案　在这个过程中，有电子从物体B转移到物体A，物体B中的电子减少，使物体B显示带正电.
二、电荷守恒定律
1.电荷量：电荷的多少叫电荷量.在国际单位制中，它的单位是库仑，简称库，用
C表示.
2.元电荷：质子的电荷量为1.60×10－19库仑，用e表示，任何带电体的电荷量都是e的整数倍.因此，电荷量e被称为元电荷.
3.电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一个部分转移到另一个部分.在转移过程中，电荷的代数和不变.
想一想　一个带电小球所带的电荷量为q，q可能是(　　)
A.3×10－19
C
B.1.60×10－17
C
C.0.8×10－19
C
D.9×10－19
C
答案　B
解析　带电体所带的电荷量均为元电荷的整数倍，故选B.
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一、起电方法的探究
1.摩擦起电：当两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体，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正电.
2.感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷之间相互吸引或排斥，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.
3.接触起电：当导体与带电体接触时，在电荷的相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上，使导体带上与带电体相同性质的电荷.
4.三种起电方式的实质都是自由电子的转移.
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例1
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　绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图1所示，现使b球带电，则(　　)
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图1
A.b将吸引a，吸住后不放开
B.b先吸引a，接触后又把a排斥开
C.a、b之间不发生相互作用
D.b立即把a排斥开
答案　B
解析　b球带电后，由于带电体具有吸引轻小物体的性质，又因为a是轻质小球，所以b球将吸引a球，两者接触后，由于接触起电，b、a又带上同种电荷，有斥力作用，因而b又把a排斥开，B项正确.
借题发挥　带电体具有吸引轻小物体的性质，所以两物体吸引不一定是因为带有异种电荷.也可能是因为其中一个是轻小物体.所以当两物体相互吸引时，其可能情况是一个带电，另一个不带电，也可能是两物体带异种电荷.
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例2
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　(双选)如图2所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是(　　)
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图2
A.把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开
B.把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开
C.先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开
D.先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合
答案　AB
解析　虽然A、B起初都不带电，但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用，使A、B中的自由电子向左移动，使得A端积累了负电荷，B端带正电荷，其下部贴有的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷，所以金属箔片都张开，A正确.C只要一直在A、B附近，先把A、B分开，A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走C，A、B所带电荷量也不能变，金属箔片仍张开，B正确.但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错.先把A、B分开，再移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷会完全中和，箔片都不会张开，D错.故选A、B.
二、电荷守恒定律的理解和应用
1.三种起电方式的本质都是电子的转移，在转移的过程中电荷的总量不变.
注意　(1)电中性的物体内部也有电荷的存在，只是电荷量的代数和为零，对外不显电性；
(2)电荷的中和是指带等量异种电荷的两物体接触时，经过电子的转移，最终达到电中性的过程.
2.导体接触起电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关，当两个完全相同的金属球接触后，电荷将平均分配，即最后两个球一定带等量的同种电荷，若两个球原先带同种电荷，电荷量相加后均分；若两个球原先带异种电荷，则电荷先中和再均分.
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例3
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　半径相同的两金属小球A、B带有大小相等的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径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，接触后两球的电荷量大小之比为多大？
(2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？
答案　(1)2∶3　(2)2∶1
解析　(1)设A、B带同种电荷，电荷量为q，
则A、C接触后，A、C带电荷量为
qA＝qC＝q.
C与B球接触后，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qA＝＋q，qB＝－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＝＝.
借题发挥　(1)相同的金属球带同种电荷时，接触时总电荷量平分.(2)相同的金属球带异种电荷时，接触时电荷中和后将剩余电荷平分.
三、感应起电与验电器
1.验电器和静电计
验电器(或静电计)的金属球、金属杆和下面的两个金属箔片是同一导体.
2.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，因相互排斥而张开，物体所带电荷量越多，电荷转移的越多，斥力越大，张开的角度也越大.
3.当带电体靠近验电器的金属球时，金属箔片张开.因为带电体会使导体棒的上端感应出异种电荷，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张开(如图3).
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图3
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例4
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　使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开.下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是(　　)
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答案　B
解析　把带电金属球靠近不带电的验电器，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到验电器的箔片上，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷.选项B正确.
借题发挥　验电器中金属球、金属杆和金属箔片为一个整体.验电器带电后，金属箔片上也会带电，两金属箔片相互排斥而张开角度，张角的大小取决于两金属箔片带电荷量的大小.
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摩擦起电的本质
1.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.电子和正电荷同时沿相反方向转移
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
答案　C
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.故选C.
电荷守恒定律
2.(双选)原来甲、乙、丙三物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体带有正电荷1.6×10－15
C，丙物体所带电荷量的大小为8×10－16
C.则对于最后乙、丙两物体的带电情况下列说法中正确的是(　　)
A.乙物体一定带有负电荷8×10－16
C
B.乙物体可能带有负电荷2.4×10－15
C
C.丙物体一定带有正电荷8×10－16
C
D.丙物体一定带有负电荷8×10－16
C
答案　AD
解析　甲、乙相互摩擦后，甲、乙带等量异种电荷，由于甲物体带有正电荷1.6×10－15
C，则乙必带有负电荷1.6×10－15
C；乙与丙物体接触后，电荷平分，故乙、丙两物体各带有负电荷8×10－16
C.故选项A、D正确.
3.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＝6.4×10－9
C，QB＝－3.2×10－9
C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？(元电荷e＝1.6×10－19
C)
答案　电子由B球转移到了A球　3.0×1010
解析　当两小球接触时，电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配.由于两小球完全相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球所带的电荷量QA′＝QB′＝＝
C＝1.6×10－9
C.
在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带QB′的正电，这样，共转移的电子电荷量为ΔQB＝QB′－QB＝[1.6×10－9－(－3.2×10－9)]
C＝4.8×10－9
C.转移的电子数n＝＝＝3.0×1010(个).
验电器检验电荷的原理方法
4.如图4所示，用起电机使金属球A带上正电荷，并靠近验电器B，则(　　)
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图4
A.验电器金属箔片不张开，因为球A没有和B的金属球接触
B.验电器金属箔片张开，因为整个验电器都感应出了正电荷
C.验电器金属箔片张开，因为整个验电器都感应出了负电荷
D.验电器金属箔片张开，因为验电器的下部箔片感应出了正电荷
答案　D
解析　相对于金属球来讲，金属箔片是距离带电体A较远的一端，根据静电感应规律可知，验电器的两金属箔片都带上了正电荷，而同种电荷相互排斥，所以金属箔片张开，即D正确.
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(时间：60分钟)
题组一　对起电的三种方式的理解
1.(双选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是(　　)
A.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子
B.两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷
C.摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的
D.丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电
答案　BD
解析　摩擦起电的实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不同，因而电子可以在物体间转移，若一个物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电.若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电.使物体带电并不是创造出电荷.
2.如图1所示，在秋冬的干燥天气里，当你在黑暗中脱下含腈纶材料的衣服时，会看到“闪光”，同时听到“啪啪”的声音，对于这一现象的解释，下列说法中正确的是(　　)
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图1
A.感应起电现象
B.接触起电现象
C.摩擦起电现象
D.电荷中和现象
答案　C
解析　在干燥的天气中脱衣时，外衣与里面的衣服摩擦，使它们带有异种电荷，属于摩擦起电，电荷放电，发出啪啪声.故选C.
3.(双选)如图2用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，由此对摩擦起电说法正确的是(　　)
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图2
A.两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子
B.两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷
C.两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等
D.同一物体与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同
答案　CD
解析　两物体摩擦时得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小，A错.由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错，C对.由题中例子不难看出，同一物体与不同种类的物体摩擦，带电种类可能不同，D对.
4.(双选)
如图3所示，将带电棒移近两个不带电的导体球，甲、乙两个导体球开始时互相接触且对地绝缘.下述几种方法中能使两导体球都带电的是(　　)
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图3
A.先把两球分开，再移走带电棒
B.先移走带电棒，再把两球分开
C.先将带电棒接触一下其中的一球，再把两球分开
D.带电棒的电荷量不变，两导体球不能带电
答案　AC
解析　感应起电应遵从以下几个步骤：(1)两导体彼此接触；(2)带电体移近(不接触)两导体；(3)先分开两导体，再移走带电体.由此可知，A项可以使两导体球带电.带电体与非带电体接触，电荷发生转移，使非带电体带电，C项可以使导体球带电.故正确答案为A、C.
5.(双选)挂在绝缘细线下的两个轻质小球，表面镀有金属薄膜，由于电荷的相互作用而靠近或远离，分别如图4甲、乙所示，则(　　)
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图4
A.甲图中两球一定带异种电荷
B.乙图中两球一定带同种电荷
C.甲图中两球至少有一个带电
D.乙图中两球只有一个带电
答案　BC
解析　题目中的小球都是镀有金属薄膜的轻质小球，带电物体具有吸引轻小物体的性质，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以可以判断出题图甲中可能是两个带异种电荷的小球，也可能一个小球带电而另一个小球不带电；两个小球由于相互排斥而出现题图乙中的现象，则必须都带电且是同种电荷.
6.(双选)
用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上.小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5
cm时圆环被吸引到笔套上，如图5所示.对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是(　　)
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图5
A.因为笔套绝缘，所以摩擦不能使笔套带电
B.笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异号电荷
C.圆环被吸引到笔套上的过程中，圆环所受电场力的合力大于圆环的重力
D.笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和
答案　BC
解析　笔套与头发摩擦后，能够吸引圆环，说明笔套上带了电荷，即摩擦使笔套带电，选项A错误；笔套靠近圆环时，由于静电感应，会使圆环上、下部感应出异号电荷，选项B正确；圆环被吸引到笔套上的过程中，是由于圆环所受电场力的合力大于圆环所受的重力，选项C正确；笔套碰到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上，使圆环带上性质相同的电荷，选项D错误.
7.(双选)如图6所示，是一个带正电的验电器，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张角减小，则(　　)
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图6
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
答案　AC
解析　验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷，金属箔片之所以张开，是由于箔片上的正电荷互相排斥造成的.验电器金属箔片的张角减小，说明箔片上的正电荷一定比原来减少了，由于金属球A只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球B发生接触，要考虑感应起电的影响.当金属球A靠近时，验电器的金属球B、金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体，金属球A离金属球B较近，而离金属箔片较远.如果金属球A带正电，验电器上的正电荷一定向远处移动，则金属箔片上的电荷量不会减少，所以选项B是错误的.如果金属球A带负电，验电器上的正电荷会由于引力作用向近金属小球B端移动，造成金属箔片上的电荷量减少，所以选项C是正确的.如果金属球A不带电，由于受到金属球B上正电荷的影响，金属球A上靠近B的部分也会由于电场力的作用出现负电荷，而这些负电荷反过来会使得验电器上的正电荷向金属球B端移动，效果与金属球A带负电荷一样.所以选项A也是正确的，选项D是错误的.
题组二　对元电荷及电荷守恒定律的理解
8.关于元电荷，下列说法中错误的是(　　)
A.元电荷实质上是指电子和质子本身
B.所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍
C.元电荷的值通常取e＝1.60×10－19
C
D.电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的
答案　A
解析　所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍，也就是说，电荷是不能连续变化的物理量.电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的，由以上分析可知正确选项为B、C、D.故选A.
9.保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务.盗版书籍影响我们学习效率甚至会给我们的学习带来隐患.小华同学有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个带电质点的电荷量数字看不清，他只能看清是6._×10－18
C，拿去问老师，如果你是老师，你认为该带电质点的电荷量可能是(　　)
A.6.2×10－18
C
B.6.4×10－18
C
C.6.6×10－18
C
D.6.8×10－18
C
答案　B
解析　任何带电体的电荷量是元电荷的整数倍，即是1.6×10－19
C的整数倍.由计算可知，只有B选项是1.6×10－19
C的整数倍，故B正确.
10.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，将两导体接触一会儿后再分开，则B导体所带的电荷量为(　　)
A.－q
B.q
C.2q
D.4q
答案　C
解析　相同带电体接触后，电荷量先中和，后平分.
11.将不带电的导体A和带电的导体B接触后，导体A中的质子数(　　)
A.增加
B.减少
C.不变
D.先增加后减少
答案　C
解析　两导体接触后，发生转移的是自由电子，质子在原子核内，不能随意转移，所以质子数不变.
12.如图7所示，通过调节控制电子枪产生的电子束，使其每秒有104个电子到达收集电子的金属瓶，经过一段时间，金属瓶上带有－8×10－12
C的电荷量，求：
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图7
(1)金属瓶上收集到多少个电子；
(2)实验的时间为多长.
答案　(1)5×107(个)　(2)5
000
s
解析　(1)金属瓶上收集的电子数目为：N＝＝＝5×107(个).
(2)实验的时间：t＝＝5
000
s.