1.1 静电现象及其微观解释 学案 (4)

第1讲　静电现象及其微观解释
[目标定位]　1.了解电荷及静电现象的产生.2.了解静电的应用及防护.3.掌握电荷守恒定律并能解答相应问题.
一、静电的产生
1.使物体带电的三种方式：摩擦起电、接触起电、感应起电.
2.静电感应：导体因受附近带电体的影响而带电的现象叫做静电感应.利用静电感应使物体带电的方式叫感应起电.
3.电荷：物理学规定：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.同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.
二、原子结构与电荷守恒
1.原子结构：物质是由原子、分子、离子等微粒组成；原子是由原子核和电子组成；原子核是由中子和质子组成.质子带正电，电子带负电，物体不显电性.
2.电荷守恒定律：电荷既不能创生，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.在转移的过程中，电荷的总量不变.这个规律叫做电荷守恒定律.
3.物体带电的本质：电子的转移.
想一想　摩擦起电的物体所带的电荷是哪里来的？
答案　摩擦起电的电荷是相互摩擦的物体间电子的转移造成的.
三、静电的应用与防护
1.静电的应用：激光打印机、静电喷雾、静电除尘、静电杀菌等.
2.防止静电危害的方法之一是：尽快把静电导走.
想一想　油罐车车尾为什么拖着一条长长的铁链？
答案　由于运输过程中油和油罐摩擦产生了静电，通过一条铁链可以将电荷导走，避免引起爆炸事故.
一、三种起电方式
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号电荷，远离带电体的一端带同号电荷.
3.接触起电：当导体与带电导体接触时，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.
例1　绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜；在a的旁边有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图1所示，现使b带电，则(　　)
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，使a产生静电感应，感应的结果是a靠近b的一侧出现与b异种的感应电荷，远离b的一侧出现与b同种的感应电荷.虽然a上的感应电荷等量异号，但因为异种电荷离b更近，所以b对a的电场力为引力.当b吸引a使两者接触后，由于接触带电，b、a又带上同种电荷，有斥力作用，因而又把a排斥开，所以B项正确.
借题发挥　(1)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.
(2)
在处理带电物体间发生相互作用时，需特别注意带电物体具有吸引不带电的轻小物体的特性，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.
针对训练　
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(　　)
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，此时再移走C，A、B所带电荷量不变，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号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.接触带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.若两个球原先带同号电荷，电荷量相加后均分；若两个球原先带异号电荷，则电荷先中和再均分.
例2　一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发现该小球上的电荷几乎不存在了，这说明(　　)
A.小球上原有的负电荷逐渐消失了
B.在此现象中，电荷不守恒
C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了
D.该现象是由于电子的转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律
答案　CD
解析　绝缘金属小球上的电荷量减少是由于电子通过空气导电转移到外界，使小球上的电荷量减少，但这些电子并没有消失，就小球和整个外界组成的系统而言，其电荷总量保持不变，因此C、D选项正确.
例3　半径相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，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带同种电荷且电荷量均为q，则A、C接触后，A、C所带电荷量为qA＝qC＝q.
C与B球接触后，B、C所带电荷量为：qB＝qC′＝＝q.
故A、B所带电荷量大小之比为＝＝.
(2)设qA＝＋q，qB＝－q.
则C与A接触后，A、C所带电荷量为qA′＝qC＝＋q.
C与B接触后，B、C所带电荷量为qB′＝qC′＝
＝－q，
故A、B所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、静电的应用与防护
1.静电的危害：雷鸣闪电造成人畜伤亡，静电火花引发的爆炸和火灾，静电放电导致电子设备的故障，以及工业中的一些静电危害等.
2.防止静电危害的措施有：①尽快导走多余电荷，避免静电积累；②调节空气的湿度；③易燃易爆环境中保持良好的通风、消除静电火花的引爆条件.
例4　下列措施利用了静电的是(　　)
A.油罐车的油罐有条铁链搭到地上
B.农药喷洒飞机喷洒的农药雾滴带正电
C.家用电器如洗衣机接有地线
D.手机一般都装有天线
答案　B
解析　油罐车的油罐有条铁链搭到地上，目的是把油罐车产生的静电导到地下，保证油罐车的安全，家用电器也一样，A、C错误.农药喷洒飞机喷洒的农药雾滴带正电，而叶子上都带有负电，农药不会被风吹走，B正确.手机接有天线目的是为了更好的接收信号，D错误.
对物体带电本质的理解
1.如图3所示，用起电机使金属球A带上正电荷，并靠近验电器B，则(　　)
图3
A.验电器金箔不张开，因为球A没有和验电器B接触
B.验电器金箔张开，因为整个验电器都感应出了正电荷
C.验电器金箔张开，因为整个验电器都感应出了负电荷
D.验电器金箔张开，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，而同种电荷相斥，所以金属箔片张开，即D正确.
电荷守恒定律的理解和应用
2.有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量为QA＝6.4×10－9C、QB＝－3.2×10－9C，让两个绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少个电子？
答案　电子由B球转移到了A球，转移了3.0×1010个电子
解析　当两小球接触时，带电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配.由于两小球相同，剩余正电荷
必均分，即接触后两小球带电荷量QA′＝QB′＝＝C＝1.6×10－9C.
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＝4.8×10－9C.
转移的电子数n＝＝＝3.0×1010(个).
静电的应用与防护
3.专门用来运输柴油、汽油的油罐车，在它的尾部都装有一条拖在地上的铁链，对它的作用下列说法正确的是
(　　)
A.让铁链与路面摩擦产生静电，使油罐车积累一定的静电荷
B.让铁链发出声音，以引起其他车辆的注意
C.由于罐体与油摩擦产生了静电，罐体上的静电被铁链导入大地，从而避免了火花放电
D.由于罐体与油摩擦产生了静电，铁链将油的静电导入大地，从而避免了火花放电
答案　C
解析　在运输柴油、汽油时，由于上下左右颠簸摇摆，造成油和油罐摩擦而产生静电，所以在油罐车尾部装一条拖在地上的铁链能将静电导入大地从而避免静电的积累.
题组一　对起电的三种方式的理解
1.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　摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不同，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，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球都带电的是(　　)
图1
A.先把两球分开，再移走棒
B.先移走棒，再把两球分开
C.先将棒接触一下其中的一球，再把两球分开
D.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项可以使两球都带电；带电体与非带电体接触，电荷发生转移，使物体带电，C项可以使两球都带电.故正确选项为A、C.
3.A和B都是不带电的物体，它们互相摩擦后A带负电荷1.6×10－10C，下列判断中正确的是(　　)
A.在摩擦前A和B的内部电荷量为零
B.摩擦的过程中电子从A转移到了B
C.A在摩擦过程中一定得到了1×109个电子
D.A在摩擦过程中一定失去了1.6×10－19C电子
答案　AC
解析　根据电荷守恒定律及电子带负电可知，选项A、C正确.
4.悬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2甲、乙所示，则(　　)
图2
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的现象可以是两个带异种电荷的小球，也可以是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.
5.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0.5cm时圆环被吸引到笔套上，如图3所示.对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是(　　)
图3
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.圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电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；圆环被吸引到笔套的过程中，是由于圆环所受静电力的合力大于圆环所受的重力，故选项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.
6.如图4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(　　)
图4
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.当验电器金属箔片的张角减小时，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的部分也会由于静电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　对电荷守恒定律的理解
7.把两个完全相同的小球接触后分开，两球相互排斥，则两球原来的电荷情况不可能是(　　)
A.一个小球原来带电，另一个小球原来不带电
B.两个小球原来分别带等量异种电荷
C.两个小球原来分别带同种电荷
D.两个小球原来分别带不等量异种电荷
答案　B
解析　两个完全相同的小球接触后互相排斥，说明原来两球所带电荷量的代数和不等于零.若原来两小球分别带有等量的异种电荷，则接触后将发生中和，两球均不带电，不会发生排斥作用，故选项B正确.
8.如图5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导体的电荷量为(　　)
图5
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.
9.如图6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－8×10－12C的电荷量，求：
图6
(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)5000s
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＝s＝5000s.
10.多少个电子的电荷量等于－32.0μC？干燥的天气中，一个人脱了鞋在地毯上行走，身上聚集了－48.0μC的净电荷.此人身上有多少个净剩余电子？(电子电荷量e＝－1.6×10－19C,1μC＝10－6C)
答案　2.0×1014个　3.0×1014个
解析　n1＝＝＝2.0×1014(个).
人身上聚集的电子个数n2＝＝＝3.0×1014(个).
题组三　静电的应用与防护
11.电视机的玻璃荧光屏表面经常有许多灰尘，这主要是因为(　　)
A.灰尘的自然堆积
B.玻璃有极强的吸附灰尘的能力
C.电视机工作时，屏表面温度较高而吸附灰尘
D.电视机工作时，屏表面有静电而吸附灰尘
答案　D
解析　应明确该现象是一种静电现象，即电视机工作时，屏表面由于有静电而吸附灰尘，即D正确.
12.在下列措施中，哪些能将产生的静电尽快导走(　　)
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
答案　AB
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，则需要应用静电；电工钳柄装有绝缘套是防止导电，保持电工的安全.