高中物理粤教版选修3-1学案：第1章 第1节　认识电场 Word版含解析

第一节　认识静电
[学习目标]　1.知道物体起电的三种方式．理解其微观解释．(重点)　2.熟记电荷守恒定律．　3.记住元电荷的概念．　4.能用原子结构和电荷守恒定律分析问题．(难点)
一、起电方法的实验探究
1．两种电荷的性质：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．
2．物体带电的三种方法：摩擦起电、感应起电、接触起电．
二、电荷守恒定律
1．电荷量
(1)电荷量：物体所带电荷的多少叫做电荷量．
(2)电荷量的单位：库仑，简称库，符号C．
(3)中和：等量的异种电荷完全抵消的现象．
(4)元电荷：任何带电体的电荷量都是e＝1.60×10－19C的整数倍．因此，电荷量e被称为元电荷．
2．电荷守恒定律
(1)内容：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部分．在转移的过程中，电荷的代数和不变．
(2)适用范围：电荷守恒定律不仅在一切宏观物理过程中成立，而且也是一切微观物理过程所普遍遵守的规律．
1．正误判断
(1)不论是摩擦起电还是感应起电，都是电荷的转移． (√)
(2)两个互相摩擦的物体一定是同时带上种类不同的电荷，且电荷量相等． (√)
(3)带等量异种电荷的两个导体接触后，电荷会消失，这种现象叫电荷的湮灭． (×)
(4)任何带电体的电荷量都是e的整数倍． (√)
2．公元1世纪，东汉王充《论衡·乱龙》中记录了“顿牟掇芥”．顿牟即琥珀(也有玳瑁的甲壳之说)，芥指芥菜子，统喻干草、纸等的微小屑末．这个词的意思就是经过摩擦的琥珀能吸引干草、纸等轻小的物体．下列关于这个现象的解释正确的是(　　)
A．经过摩擦的琥珀有了磁性
B．经过摩擦的琥珀带了电
C．琥珀与干草带异种电荷
D．琥珀与干草带同种电荷
B　[摩擦可以使物体带电，经过摩擦的琥珀带了电，能吸引干草、纸等轻小的物体，故B正确，A错误．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．带电体都有吸引轻小物体的性质，干草不一定带电．故C、D错误．]
3．(多选)下列关于电荷量和元电荷的说法正确的是(　　)
A．物体所带的电荷量可以是任意实数
B．物体带正电荷1.6×10－9 C，是因为失去了1.0×1010个电子
C．物体带电量的最小值是1.6×10－19 C
D．以上说法都不正确
BC　[元电荷的数值为e＝1.6×10－19 C，任何带电体的电荷量都是e的整数倍，所以物体带的电荷量不能是连续的数值，更不能是任意的，所以B、C正确．]
对三种起电方式的理解
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
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
2.三种起电方式各自遵循的规律
(1)摩擦起电时电荷转移的规律．
①摩擦起电时，原子核中的质子不能脱离原子核而移动，即相互摩擦的两个物体中转移的不可能是正电荷，转移的只是负电荷，即电子．
②电中性的两个绝缘体相互摩擦，带正电的物体一定是失去了电子，带负电的物体一定是获得了电子．
(2)感应起电的分布规律．
①近异远同：用带电体靠近不带电的导体时，会在靠近带电体的一端感应出与带电体电性相反的电荷，远离带电体的一端感应出与带电体电性相同的电荷．
②等量异性：用带电体靠近不带电的导体(或两不带电的相互接触的导体)时，会在原不带电的导体两端(或两不带电的相互接触的导体上)感应出等量异性的电荷．
(3)接触起电时电子转移的规律．
①带负电的物体与不带电的中性物体接触，电子由带负电的物体转移到中性物体上．
②带正电的物体与不带电的中性物体接触，电子由中性物体转移到带正电的物体上．
③带正电的物体与带负电的物体接触，电子由带负电的物体转移到带正电的物体上．
【例1】　(多选)如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体，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(　　)
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，然后移走C，A、B上的金属箔片仍张开
C．把C移近导体A，先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开
D．把C移近导体A，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
AB　[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，金属箔片都不会张开，D错．故选A、B.]
感应起电成功的关键是导体先分开为两物体，然后移去带电体，具备以下两个特点：
(1)近异远同；(2)等量异性．
训练角度1.起电的实质
1．(多选)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
BD　[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相同，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．]
训练角度2.感应起电
2．如图，把一个不带电的枕形导体靠近带正电的小球，由于静电感应，在a、b两端分别出现负、正电荷，则以下说法正确的是(　　)
A．闭合开关S1，有电子从枕形导体流向大地
B．闭合开关S2，有电子从枕形导体流向大地
C．闭合开关S1，有电子从大地流向枕形导体
D．闭合开关S2，没有电子通过开关S2
C　[在S1、S2都闭合前，对枕形导体，它的电荷是守恒的，a、b出现负、正电荷等量，当闭合开关S1、S2中的任何一个以后，便把大地与导体连通，使大地也参与了电荷转移，因此，导体本身的电荷不再守恒，而是导体与大地构成的系统中电荷守恒，由于静电感应，a端仍为负电荷，大地远处应感应出正电荷，因此无论闭合开关S1还是开关S2，都应有电子从大地流向导体，故C选项正确．]
电荷守恒定律的理解应用
1.“中性”与“中和”的区别
(1)电中性的物体是有电荷存在的，只是正、负电荷的代数和为零，对外不显电性．
(2)电荷的中和是指等量正、负电荷完全抵消的过程，但正、负电荷本身依然存在，并没有消失．
2．物体带电的实质
不论哪一种带电方式都没有创造电荷，也没有消灭电荷．本质都是电子发生了转移．
3．完全相同的金属球接触带电时电荷量的分配情况
(1)用带电荷量是Q的金属球与不带电的金属球接触后，两小球均带的电荷量，电性与原带电金属球电性相同．
(2)若两金属球带同种电荷Q1、Q2，接触后每个金属球所带的电荷量均为总电荷量的一半，即Q1′＝Q2′＝，电性与两金属球原来所带电荷的电性相同．
(3)若两金属球带异种电荷Q1、－Q2，接触后先中和等量的异种电荷，剩余的电荷量平均分配即Q1″＝Q2″＝，电性与接触前带电荷量大的金属球的电性相同．
【例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QA＝6.4×10－9C，QB＝－3.2×10－9C，让两绝缘金属小球接触．在接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子发生了怎样的转移，转移了多少电荷量？
[解析]　接触后两小球带电量
QA′＝QB′＝＝C＝1.6×10－9C，在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身净电荷中和，且继续转移，使B球带QB′的正电荷．这样，共转移的电子电荷量为：
ΔQ＝QB－QB′＝(－3.2×10－9－1.6×10－9)C＝－4.8×10－9C
[答案]　均为1.6×10－9C　电子由B球转移到了A球，转移了4.8×10－9 C
[一题多变]　例2中，若小球B也带正电，即QB＝3.2×10－9 C，其他条件不变，则两球接触后，各带多少电荷？此过程中电子发生了怎样的转移？转移了多少电荷量？
[解析]　两球接触后，带电量QA′＝QB′＝＝＝4.8×10－9 C.
在接触过程中，电子由B球转移到A球，转移的电子电荷量为ΔQ＝QB－QB′＝－1.6×10－9C.
[答案]　均为4.8×10－9 C　电子由B球转移到了A球，转移了1.6×10－9 C
电荷量分配原则的两点注意
(1)电荷均分的前提条件是两导体完全相同．
(2)不同的导体接触后再分开，每个导体上所带电荷量不满足平均分配规律．
验电器的两种应用方式及原理
1.带电体接触验电器：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．
2．带电体靠近验电器：当带电体靠近验电器的金属球时，带电体会使验电器的金属球感应出异种电荷，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．
3．使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，如图所示表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是(　　)
B　[把带电金属球移近不带电的验电器，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被排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷．故选项B正确．]
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.使物体带电的三种方式：摩擦起电、感应起电、接触起电.
2.电荷在转移过程中，代数和是不变的.
3.元电荷e＝1.6×10－19 C.
4.完全相同的金属导体接触后平分总电荷量．
1．(多选)关于元电荷的理解，下列说法正确的是(　　)
A．元电荷就是电子
B．元电荷是表示1 C电量
C．元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量
D．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍
CD　[元电荷是最小带电量，大小为e＝1.6×10－19C ，跟电子或质子所带电荷量相等，不是电荷种类，任何带电体的电荷量都为元电荷的整数倍，故C、D正确．]
2．(多选)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
CD　[绝缘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，只是小球上的电荷量减小，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选项均正确．]
3．如图所示，小球A带正电，当带负电的小球B靠近A时，A带的(　　)
A．正电荷增加　　 B．负电荷增加
C．正、负电荷均增加 D．电荷量不变
D　[当带负电的小球B靠近小球A时，两小球之间无接触，由电荷守恒定律可知，A带的电荷量不变，只是电荷重新在小球表面上发生了分布(电荷重新分布是由电荷之间相互作用力产生的)．]
4．如图所示，将带正电的金属小球接触原来不带电的验电器A端之后拿走．下列关于验电器的带电情况正确的是(　　)
A．A端带正电，B端带正电
B．A端带负电，B端带负电
C．A端带负电，B端带正电
D．A端带正电，B端带负电
A　[用带正电的小球去接触验电器的金属球，验电器中的电子将被吸附到带电小球上去，故带上正电，AB两端电性相同，故选A.]
5．有三个相同的绝缘金属小球A、B、C，其中小球A带有3×10－3 C的正电荷，小球B带有－2×10－3 C的负电荷，小球C不带电．先将小球C与小球A接触后分开，再将小球B与小球C接触后分开，试求这时三个小球的带电荷量分别为多少？
[解析]　小球C与小球A接触后分开带电量为
Q′A＝QC＝＝1.5×10－3 C.
小球B与小球C接触后分开带电量为
Q′B＝Q′C＝＝ C＝－2.5×10－4 C
[答案]　1.5×10－3 C　－2.5×10－4 C　－2.5×10－4 C