1.1 静电现象及其微观解释 学案 (2)

静电现象及其微观解释
【教学目的】
（1）掌握两种电荷，了解摩擦起电和感应起电，定性了解自然界仅有的两种电荷间的作用特点
（2）了解静电现象及其在生产和生活中的运用
（3）了解电荷守恒规律。能用原子结构和电荷守恒规律解释静电现象
【教学重点】
感应起电的方法和原理/电荷守恒定律
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
．电荷实际上是一切带电粒子的统称，自然界存在两种电荷:
正电荷
和
负电荷。
3．电荷量为
C
的电荷称为元电荷。在自然界中，
电子
和
质子
所带电荷量正好等于元电荷，不过其中
电子
带正电荷，
质子
带负电荷。
4．电荷既不能被创造出来，也不能被消灭，只能从一个物体
转移
到另一个物体，或者从物体的一部分
转移
到另一部分，系统的电荷代数和不变。
5．使物体带电荷的方式：摩擦起电
、
接触起电
、
感应起电
。其本质是
得失电子
。
6．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。
7．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。
8．物体带电的实质
物体带电的实质是电子的转移。
9．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。
10．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。
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。
3．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。
4．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。
5．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。
1．如图1－1－1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(　　)
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
图1－1－1
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
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
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
4．如图1－1－2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1－1－2
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
【课后演练】
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．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
3．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
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