1.1 静电现象及其微观解释 学案 (1)

第1节静电现象及其微观解释
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．使物体带电的三种方式：
摩擦起电、接触起电、感应起电。
2．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的
橡胶棒带负电。
3．任何方式起电的实质都是电荷的转移，在转移的
过程中，电荷总量不变。
静电的产生
1．电荷的电性及作用
(1)电性：用丝绸摩擦过的琉璃棒带正电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。
(2)作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
2．起电方法(如图1－1－1)
图1－1－1
1．三种起电方式的比较
方式内容　
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生及条件
两不同绝缘体摩擦时
导体靠近带电体时
导体与带电导体接触时
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，且电性与原带电体“近异远同”
导体上带上与带电体相同电性的电荷
原因
不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而发生电子得失
导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)
电荷之间的相互排斥
实质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移
2．验证物体是否带电的两种方法
(1)将质量很轻的物体(例如纸片、头发)放在它周围，如果被吸引则带电，不被吸引则不带电。
(2)将待检验物体靠近或接触验电器的金属球，根据金箔是否张开可判断该物体是否带电。
1．如图1－1－2所示，用起电机使金属球A带上正电，靠近不带
电的验电器B，则(　　)
A．验电器金属箔不张开，因为球A没有和B接触
图1－1－2
B．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电
C．验电器金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电
D．验电器金属箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电
解析：A球带正电，靠近验电器B时发生静电感应，使验电器金属杆上端带负电，下端金属箔片带上正电而张开，故选D。
答案：D
原子结构与电荷守恒
1．原子结构
物质由分子、原子、离子等微粒组成，原子由原子核和绕核旋转的电子组成，原子核由中子和质子组成。中子呈电中性，质子带正电，电子带负电。原子的电子数与质子数相等，呈电中性。因此，物体不显电性。
2．电荷守恒定律
电荷既不能创造，也不能消灭，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。在任何转移的过程中，电荷的总量不变。
3．物体带电的实质
物体带电的实质是电子的转移。
1．对原子结构的理解
(1)原子由原子核和核外电子组成，原子核内部的质子带正电，核外电子带负电。原子核相对稳定，核内质子不能脱离原子核，在起电时，转移的都是核外电子。
(2)电子带的电荷量是最小值，其数值为e＝1.6×10－19
C，物体所带的电量一定是电子电荷量的整数倍。
2．完全相同的导体球接触带电时电量分配原则
形状、大小都相同的导体接触时会将电荷量平分。
(1)用带电量为Q的金属球与不带电的金属球接触，每个小球带电量均为Q/2，且所带电荷的性质相同。
(2)用带电量为Q1的金属球与带电量为Q2的金属球接触，若两球带同种电荷，则每个小球所带电量为总电量的一半。若两球带异种电荷，则先中和相同量的异号电荷，然后平分剩余电荷。
2．M和N是两个都不带电的物体。它们互相摩擦后，M带正电荷1.60×10－19
C，下列判断正确的有(　　)
A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷
B．摩擦过程中电子从N转移到M
C．N在摩擦后一定带负电荷1.60×10－19
C
D．N在摩擦过程中失去1.60×10－19
C个电子
解析：M和N相互摩擦，M带正电是因为M对核外电子的束缚能力小而失去核外电子的结果；由于电荷守恒，故N一定带等量负电荷，选项C正确。
答案：C
静电的应用与防护
1．静电的应用
(1)原理：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，利用静电力控制带电粒子的运动或分布。
(2)应用：静电应用有激光打印、静电喷雾、静电除尘、静电喷涂。
2．静电的防护
(1)静电危害产生原因：静电力和静电火花。
(2)防护方法：尽快把静电导走，如印刷车间内保持适当的湿度，油罐车尾装有铁链，传送带上镀银等。
对静电的理解与防止途径
在生产和生活中，静电的应用十分广泛，如：静电复印、静电喷涂、静电除尘、静电灭菌等。但静电也可能是隐形杀手，它的危害是会产生电火花。如油罐车运油时，因为油与金属油罐的振荡摩擦会产生静电的积累，所以达到一定程度会产生火花放电，容易引爆燃油，引起事故。
防止静电的途径主要有：
(1)避免产生静电。如在可能情况下选用不容易产生静电的材料。
(2)避免静电的积累。产生的静电要设法导走，如增加空气湿度、接地等。
3．在下列措施中，利用静电的是________，防止静电的是________。
A．飞机轮子上搭地线
B．印染车间保持湿度
C．复印图片
D．电工钳柄装有绝缘套
解析：飞机在飞行中与空气摩擦时，飞机外表面聚集了大量静电荷，降落时会对地面人员带来危害及火灾隐患。因此飞机降落时要及时导走机身聚集的静电，采取的措施是在轮胎上安装地线或用导电橡胶制造轮胎；在印染工作车间也同样容易产生静电，静电给车间带来火灾隐患，为防止火灾发生，其中安全措施之一就是车间保持湿度，从而通过湿润的空气及时导走静电；在复印图片环节中，刚好需要应用静电，在电工钳柄装有绝缘套是防止导电，保护电工的安全。
答案：C　A、B
感应起电的应用
[例1]　如图1－1－3所示，A、B为相互接触的用绝缘支架支持的金属导体，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(　　)
图1－1－3
A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都不张开
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
[审题指导]　解答本题时应把握以下三点：
(1)明确导体A、B接触与C球靠近时感应电荷的分布。
(2)明确先分开导体A、B再移走C球时A、B的带电情况。
(3)明确先移走C球再分开导体A、B时A、B的带电情况。
[解析]　(1)C移近A时，带正电的小球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端积累了正电荷，其下部贴有的金属箔片，也分别带上了与A、B同种性质的电荷。由于同种电荷间的斥力，所以金属箔片都张开，A错误。(2)C靠近后保持不动，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仍带等量的异种感应电荷，此时即使再移走C，因A、B已经绝缘，所带电荷量也不会变，金属箔片仍张开，B正确。(3)先移走C，再把A、B分开，A、B上的感应电荷会马上在其相互之间的引力作用下吸引中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错。(4)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上的感应电荷完全中和，箔片都不会张开，D错。
[答案]　B
借题发挥
感应起电是利用静电感应使金属导体带电的过程，其实质是电荷间的相互作用，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，使电荷在导体中转移。
1．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。如图1－1－4中表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是(　　)
图1－1－4
解析：把带电金属球移近不带电的验电器，若金属球带正电，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，箔片带正电；若金属球带负电，则将导体上的自由电子排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电，箔片带负电，选项B正确。
答案：B
电荷守恒定律的应用
[例2]　有三个完全相同的绝缘金属球，A球带电荷量为q，B、C球均不带电，现要使B球带电荷量为q，应该怎么办？
[思路点拨]　解题依据为接触起电的原理和实质。首先应考虑将金属球两两接触，再分析其电荷分配情况。
[解析]　三个完全相同的金属球，则每两个接触都会平分电荷量，故可以先让A球和B球接触，则此时A、B球各带电荷量q，然后B、C球接触，于是B、C球各带电荷量q，再使A球与B球接触，则A、B球各带电荷量＝q。
[答案]　见解析
借题发挥
两个完全相同的导体相互接触后平分电荷量。若为异种电荷，则先中和一部分电荷，然后把剩余电荷平分；若为同种电荷，则电荷量先相加再平分。
2．有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电量QA＝6.4×10－9
C，QB＝－3.2×10－9
C，让两个绝缘金属小球接触，在接触过程中，共转移的电量为多少？
解析：当两小球接触时，带电量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配，由于两小球相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电量
QA′＝QB′＝
＝
C
＝1.6×10－9
C
在接触过程中，电子由B球转移到A球，将自身电荷中和后，继续转移，使B球带QB′的正电，这样，共转移的电量为
ΔQ＝|QB|＋QB′＝3.2×10－9
C＋1.6×10－9
C＝4.8×10－9
C
答案：4.8×10－9
C
[随堂基础巩固]
1．下面关于电现象的说法正确的是(　　)
A．玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电
B．相互摩擦的两个物体一定能起电
C．带电现象的本质是电子的转移，物体得到电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性
D．自然界中电荷总量不变
解析：玻璃棒与丝绸摩擦后会失去电子，因而带正电，但玻璃棒与其他物体摩擦后不一定是得到或失去电子，因而不能确定其电性，橡胶棒与玻璃棒的情形相似，故A错；并不是任意两个物体间摩擦时都能带电，故B错；物体如果原来带正电，则得到电子后，可能带正电，也可能带负电，故C错；根据电荷守恒定律可知D对。
答案：D
2．如图1－1－5所示，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，下述几种方法中能使两球都带电的是(　　)
图1－1－5
①先把两球分开，再移走棒
②先移走棒，再把两球分开
③先将棒接触一下其中的一球，再把两球分开
④以上都不对
A．①②　　　　　　　　
B．①③
C．②③
D．③④
解析：感应起电是带电体移近导体但不与导体接触，从而使导体上的电荷重新分布，此时分开甲、乙，则甲、乙上分别带等量的异种电荷，故①正确；如果先将棒接触一下其中的一球，则甲、乙两球会同时带上和棒同性的电荷，故③正确。
答案：B
3．静电在各种产业和日常生活中有着重要的应用，如静电除尘、静电复印等，所依据的基本原理几乎都是让带电的物质微粒在电场作用下奔向并吸附到电极上。现有三个粒子a、b、c从P点向下射入由正、
负电极产生的电场中，它们的运动轨迹如图1－1－6所示，则(　　)
图1－1－6
A．a带负电荷，b带正电荷，c不带电荷
B．a带正电荷，b不带电荷，c带负电荷
C．a带负电荷，b不带电荷，c带负电荷
D．a带正电荷，b带负电荷，c不带电荷
解析：在电场中b不发生偏转，所以不带电；a向左偏转，说明a所受电场力偏向左方；c向右偏转，说明c所受电场力偏向右方。故知a带正电荷，c带负电荷，正确选项为B。
答案：B
4．半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量，相隔一定的距离，现让第三个半径相同的不带电金属小球先后与A、B接触后再移开。
(1)若A、B带同种电荷，求接触后两球所带的电荷量之比。
(2)若A、B带异种电荷，求接触后两球所带的电荷量之比。
解析：(1)若A、B带同种电荷，设为q，第三个小球先与A接触，电荷量平均分配，各带电荷量；第三个小球再与B接触，两球电荷量之和平均分配，各带q。因此A、B带电荷量之比＝。
(2)若A、B两球带异种电荷，设A为q，B为－q，则第三个小球先和A接触，电荷量平均分配，各带；第三个小球再和B接触，先中和再平均分配，各带－q。所以A、B电荷量之比＝。
答案：(1)2∶3　(2)2∶1
[课时跟踪训练]
(满分50分　时间30分钟)
一、选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分)
1．毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，这是因为(　　)
A．毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上
B．毛皮上的一些正电荷转移到橡胶棒上
C．橡胶棒上的一些电子转移到毛皮上
D．橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上
解析：毛皮与橡胶棒摩擦后，由于毛皮中的原子对电子的束缚作用小于橡胶棒中的原子对电子的束缚作用。所以，毛皮上的部分电子转移到橡胶棒上，使毛皮带正电，故A正确，B、C、D错误。
答案：A
2．如图1所示，A、B是被绝缘支架分别架起的金属导体，并相隔一定距离，其中A带正电，B不带电，则下列说法中正确的是(　　)
A．导体B左端出现负电荷，右端出现正电荷并且电荷量小于左端
B．若A不动，将B沿图中aa′分开，则两边电荷量一定不相等
图1
C．若A向B靠近，B左端和右端的电荷量大小始终相等并且连续变化
D．若A、B接触一下，A、B均带正电，但总电荷量不变
解析：B靠近带电体A时，由于静电感应，B的左端带负电，右端带正电，B原来不带电，故靠近A后，左、右端带电量相等；B原来显示中性，沿aa′分开，两边电荷量一定相等；B靠近A的过程，B两端电荷不能连续变化，因为所有物体带电量只能是e＝1.6×10－19
C的整数倍；A、B接触一下，A原来带的正电荷将在A、B导体上重新分配。综上所述，选项D正确。
答案：D
3．关于电荷量，下列说法错误的是(　　)
A．物体的带电荷量可以是任意值
B．物体的带电荷量只能是某些值
C．物体带电荷量的最小值为1.6×10－19
C
D．一个物体带1.6×10－9
C的正电荷，这是它失去了1.0×1010个电子的缘故
解析：电荷量的最小值为元电荷电荷量，即1.6×10－19
C，物体实际带电荷量只能是元电荷电荷量的整数倍。一个物体失去1.0×1010个电子，则其带正电荷量为1.0×1010×1.6×10－19
C＝1.6×10－9
C，故选项B、C、D的说法都对。
答案：A
4．下列措施中，主要用来防止静电危害的是(　　)
A．油罐车上装一条拖地的铁链
B．地毯中夹杂很细的不锈钢纤维
C．家用电器上装一根接地线
D．飞机机轮上装有搭地线
解析：防止静电危害的方法之一是及时把产生的静电导走，选项A、B、D均是采用这种方法来防止静电的。选项C主要是用来防止漏电触电。
答案：ABD
5．人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘，这是因为(　　)
A．人造纤维的导电性好，容易吸引灰尘
B．人造纤维的导电性好，容易导走静电，留下灰尘
C．人造纤维的绝缘性好，不易除掉灰尘
D．人造纤维的绝缘性好，容易积累静电，吸引灰尘
解析：人造纤维比棉纤维容易沾上灰尘是由于人造纤维易带电，使灰尘产生静电感应而被吸引。而易带电的原因是绝缘性好不易导走静电而使电荷积累，所以D项正确。
答案：D
6．导体A带5q的正电荷，另一个完全相同的导体B带－q的负电荷，将两导体接触一会儿后分开，则导体B的带电量为(　　)
A．－q　　　　　　　　　　
B．q
C．2q
D．4q
解析：异种电荷相接触，先中和再把剩余部分电荷电量平分。故选项C正确。
答案：C
7．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克带电荷量为e，d夸克带电荷量为－e，e为元电荷。下列论断可能正确的是(　　)
A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成
C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
解析：对质子11H：带电荷量为2×e＋(－e)＝e，故由2个u夸克和1个d夸克组成；对中子01n：带电荷量为1×e＋2×(－e)＝0，故由1个u夸克和2个d夸克组成。故选项B正确。
答案：B
8．滚筒式静电分选器由料斗A、导板B、导体滚筒C、刮板D、料槽E、F和放电针G等部件组成。C与G分别接于直流高压电源的正、负极，并令C接地。如图2所示，电源电压很高，足以使放电针G附近的空气发生电离，而产生大量的离子。现有导电性能不同的两种物质粉粒a、b的混合物从料斗A下落，沿导板B到达转动的滚筒C上，
图2
粉粒a具有良好的导电性，粉粒b具有良好的绝缘性。下列说法正确的是(　　)
A．粉粒a落入料槽F，粉粒b落入料槽E
B．粉粒b落入料槽F，粉粒a落入料槽E
C．若滚筒C不接地而放电针G接地，从工作原理上看，这是允许的
D．若滚筒C不接地而放电针G接地，从工业实用角度看，这也是允许的
解析：因为C和G分别接在高压电源的正、负极上，在放电针G附近形成很强的电场，使放电针G附近的空气电离而产生大量离子，其中的负离子在奔向正极C的过程中被吸附到粉粒a、b上，a、b因吸附负离子而带负电，被吸引到带正电的滚筒C上，因a具有良好的导电性，a所带电荷被C上的正电荷中和并最终带上和C相同的电荷而被C排斥，落入料槽F中，粉粒b因具有良好的绝缘性所带负电荷不会被中和，和C相互吸引被吸引到滚筒C上，直到D处被刮板刮落而落入料槽E中，故A对，B错。若滚筒C不接地而放电针G接地，同样能使放电针附近空气电离，从工作原理上看是允许的，但滚筒C不接地具有高压，不安全，从工业实用角度看，不允许。故C对，D错。
答案：AC
二、非选择题(本题共2小题，共18分)
9．(9分)如图3所示，在桌上放两摞书，把一块洁净的玻璃板垫起来，使玻璃板离开桌面2～3
cm，在宽0.5
cm的纸条上画出各种舞姿的人形，用剪刀把它们剪下来，放在玻璃板下面，然后用一块硬泡沫塑料在玻璃板上摩擦，就可以看到小纸人翩翩起舞了。
图3
(1)小纸人为什么会翩翩起舞？
(2)如果实验前用一根火柴把“跳舞区”烤一烤，实验效果更好，此现象说明了什么？
(3)如果向“跳舞区”哈一口气，小纸人跳得就不活跃了，此现象说明了什么？
(4)通过实验现象，找出一种防止静电的方法。
解析：(1)因为泡沫塑料摩擦玻璃板，使玻璃板带了电，带电的玻璃板使小纸人产生静电感应而被吸引，由于玻璃板上的电荷量不断变化，小纸人受力不断变化，使小纸人翩翩起舞。
(2)用火柴烤一烤跳舞区，使跳舞区与其他地方的绝缘效果加强，电荷不易导走，带电荷量增多，实验效果则更好。
(3)如果向“跳舞区”哈一口气，则跳舞区的绝缘效果明显下降，玻璃板上摩擦带的电荷很快被导走，玻璃板上的电荷量很小，小纸人也就不活跃了。
(4)该实验中，若用导线将玻璃板接地，则小纸人不再跳舞，因此要防止静电，可将产生静电的物体接地。
答案：见“解析”
10．(9分)如图4所示，A为带正电的小球，B为原来不带电的金属导体，处于图示位置时B的右端带了q的电量，然后用一导线将导体B的右端与大地相连，试求通过导线的电量。
图4
解析：由题意可知，导体B处在带电小球A的附近，由于感应起电使导体的两端带上等量的异种电荷，即导体的左端带电量为q的负电荷，右端带等量的正电荷。当用导线将导体B的右端与大地相连时，可以将导体B与大地视为一个整体(一个巨大的导体)，与A接近的一端带电量不变，而远离A的大地(大地为远端)带等量的正电荷，可见通过导线的电量为q。
答案：q