课件8张PPT。第1章 静电力与电场强度
第1节 静电的产生及其微观解释 一、电荷及电荷量
【思考】
我们用塑料尺在头发上摩擦几下,塑料尺就有了“魔力”,它可以吸引纸屑等小物体了,为什么?
提示:摩擦之后,塑料尺带上了“电”,从而具有了吸引轻小物体的特性。1.电荷的种类:
判断下列情形中,物体所带电荷的种类。
(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是______。?
(2)用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷是______。?
(选填:A.正电荷 B.负电荷)AB2.电荷间的相互作用:
用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近用毛皮摩擦过的硬橡胶
棒,两棒相互______;用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近用
硬橡胶棒摩擦过的毛皮,两者相互______。(选填:A.吸
引 B.排斥)?
3.电荷量:电荷的_____叫电荷量,常用Q或q表示,其国
际单位是_____,符号为__。AB多少库仑C二、起电方式
判断下列情形中,使物体带电的方式:甲:_________;
乙:_________;
丙:_________。摩擦起电接触起电感应起电三、电荷守恒定律的两种表述方式
1.电荷既不能被创造,也不能被消灭,只能从物体的一
部分转移到另一部分,或者从一个物体_____到另一个
物体;在转移的过程中,电荷的总量_____。
2.一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的_______保
持不变。转移不变代数和温馨提示：
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关键能力·素养形成
一 三种起电方式的比较
方式
内容
摩擦起电
接触起电
感应起电
产生及
条件
两种不同物体摩擦时
导体与带电体接触时
导体靠近带电体时
实例
分析
毛皮摩擦橡胶棒
带电体接触验电器
带电体靠近验电器
现象
毛皮和橡胶棒带上等量异种电荷
验电器带上与带电体相同电性的电荷
验电器两端出现等量异种电荷,且电性与带电体“近异远同”
原因
毛皮的原子核束缚电子的能力比橡胶棒弱,在摩擦过程中,由于摩擦力做功,使毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上,橡胶棒得到电子带负电,毛皮失去电子带正电
带电体接触验电器时,带电体与验电器之间有电子转移,使验电器带电
当带电体靠近验电器时,由于电荷间的相互作用,使验电器两端带上等量异种电荷,靠近带电体一端带上与带电体电性相反的电荷,远离带电体一端带上同种电荷
实质
电子得失
电子转移
电荷间相互吸引或排斥引起电子转移
【思考·讨论】
某同学甲用一带电金属棒逐渐靠近一验电器并最终接触验电器,验电器的金属箔片的夹角逐渐增大,试分析此过程中验电器的带电方式。 (物理观念)
提示:先感应起电后接触起电。
【典例示范】
把两个完全相同的金属球A和B接触一下,再分开一段距离,发现两球相互排斥,则A、B两球原来的带电情况不可能为 ( )
A.带等量的同种电荷 B.带等量的异种电荷
C.带不等量的异种电荷 D.一个带电,另外一个不带电
【解析】选B。接触后两小球相互排斥,说明两小球带同种电荷。若两小球原来带等量同种电荷,接触后,电荷的分布不发生变化,依然带等量同种电荷,A不符合题意;若带等量异种电荷,接触后中和,小球不再带电,B符合题意;若两小球带不等量异种电荷或一个带电一个不带电,接触后再分开都会带等量同种电荷而相互排斥,C、D不符合题意。
【规律方法】完全相同的导体球接触带电时电量分配规律
(1)用带电量为Q的金属球与不带电的相同金属球接触,每个小球带电量均为,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的相同金属球接触,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种电荷,然后平分剩余电荷。
【素养训练】
(多选) 如图所示,把架在绝缘支架上的不带电的枕形导体放在带负电的导体C附近,导体的A端感应出正电荷,B端感应出负电荷,关于使导体带电的以下说法中正确的是 ( )
A.如果让手摸一下导体的B端,B端负电荷将经人体流入大地,手指离开,移去带电体C,导体将带正电
B.如果让手摸一下导体的A端,大地的自由电子将经人体流入导体与A端的正电荷中和,手指离开,移去带电体C,导体将带负电
C.如果用手摸一下导体的中间,由于中间无电荷,手指离开,移去带电体C,导体不带电
D.无论用手指摸一下导体的什么位置,导体上的自由电子都经人体流入大地,手指离开,移去带电体C,导体带正电
【解析】选A、D。无论用手摸一下导体的什么位置,都会使枕形导体通过人体与大地相连,由于静电感应,导体上的自由电子经过人体流入大地,使得导体带正电,手指离开,移去带电体C,导体带正电。
【补偿训练】
1.(多选)如图所示,在真空中把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近。关于绝缘导体两端的电荷,下列说法中正确的是 ( )
A.两端的感应电荷越来越少
B.两端的感应电荷是同种电荷
C.两端的感应电荷是异种电荷
D.两端感应电荷的电荷量相等
【解析】选C、D。由于绝缘导体内有大量可自由移动的电子,当它慢慢靠近带负电的球P时,由于同种电荷相互排斥,绝缘导体上靠近P的一端因电子被排斥到远端而带上正电荷,远离P的一端带上等量的负电荷。绝缘导体离P球越近,电子被排斥得越多,故A、B错误,C、D正确。
2.如图所示,验电器带有少量正电荷,将一带负电的小球从远处逐渐靠近验电器的金属球。此过程中,可能看到金属箔片张开的角度 ( )
A.不断增大
B.先减小至零,后逐渐增大
C.先增大,后减小
D.先增大,后不变
【解析】选B。带有负电荷的小球慢慢靠近一个带有少量正电荷的验电器金属球,根据异种电荷相互吸引得出金属箔片所带电荷变少,所以金属箔片的夹角减小,随小球的靠近,验电器的金属球上的正电荷越来越多,所以金属箔片上将开始带上负电荷,随负电荷的增多,此时验电器金属箔片的张角也开始变大,即金属箔片的夹角增大,故A、C、D错误,B正确。
3.如图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,根据实验结果可知下列关于摩擦带电的说法中,正确的是 ( )
A.物体摩擦过程中,表面粗糙的容易得到电子
B.摩擦带电使本来没有电子和质子的物体分别产生电子和质子
C.两物体摩擦带电时,一定带上种类及数量不同的电荷
D.同一物体与不同种类的物体摩擦时,该物体所带电荷种类可能不同
【解析】选D。物体摩擦是否得失电子取决于原子核对电子的束缚能力大小,与物体表面的粗糙程度无关,A错误;摩擦带电的本质是电子的转移,并非创造电子和质子,所以两物体带电种类不同,但数量相等,B、C错误;由实验可以看出,同一物体与不同种类的物体摩擦,带电种类可能不同,D正确。
二 产生静电的原因分析
1.原子的组成:
(1)原子由原子核和核外电子组成,原子核由带正电的质子和不带电的中子组成,核外电子带负电。
(2)金属中离原子核较远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动的电子称之为自由电子,失去这种电子的原子便成为带正电的离子。
2.物体带电的实质:
(1)净电荷:没有另一种电性与之中和,整体显电性的电荷,是正、负电荷中和后多出来的电荷。
(2)物体带电的实质不是创造电荷,使物体不带电也不是消灭电荷。
(3)物体带电的实质是电荷发生转移,重新分配,使某物体或某部分出现净电荷。
【思考·讨论】
某次实验中,甲、乙两同学各拿一带电小球做实验时不小心两小球接触了一下,结果两小球都没电了!小球上的电荷到哪里去了? (物理观念)
提示:两小球上的异种电荷中和了,即正、负电荷代数和为0,对外不显示电性。
【典例示范】
如图所示,甲、乙两导体球互相接触且对地绝缘,现将用毛皮摩擦过的带负电的橡胶棒,移近或接触两个不带电的导体球。下列说法正确的是 ( )
A.毛皮与橡胶棒摩擦时,橡胶棒上的正电荷转移到毛皮上
B.橡胶棒移近甲球,甲球带正电,乙球带负电,是因为橡胶棒将正电荷转移到甲上,将负电荷转移到乙上
C.橡胶棒移近甲球,甲球带正电,乙球带负电,是因为甲上的自由电子转移到乙上
D.橡胶棒与甲球接触一下移开,橡胶棒上的负电荷只转移到甲上而不会转移到乙上,从而甲带负电,乙不带电
【解析】选C。橡胶棒与毛皮摩擦时,是毛皮上的电子转移到橡胶棒,而使橡胶棒带负电,A错误;橡胶棒靠近甲球时,发生感应起电,甲球上的负电荷在排斥力的作用下转移到乙球,从而甲球带正电,乙球带负电,故B错误,C正确;橡胶棒与甲球接触,是接触起电,橡胶棒上的负电荷转移到甲、乙两球,从而都带上负电荷, D错误。
【规律方法】感应起电的规律
(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)感应出等量异性的电荷。
【素养训练】
(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
B.此现象说明电荷守恒定律是错误的
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
【解析】选C、D。绝缘小球上的电荷量减少是由于电子通过潮湿空气导电转移到外界,只是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,其电荷总量不变,因此,C、D选项均正确。
【补偿训练】
1.导体A带3q的正电荷,另一完全相同的导体B带-5q的负电荷,将两导体接触一会儿后再分开,则B导体带电量为 ( )
A.4q B.-4q C.-2q D.-q
【解析】选D。两带电体带异种电荷,接触后先中和,故接触后两带电体带电总和为:3q-5q=-2q,再将总电量平分,所以将两导体接触一会后再分开,B导体的带电量为-q,故D正确,A、B、C错误。
2.M和N是原来都不带电的物体,它们相互摩擦后,M带正电荷1.6×10-10 C,则下列说法正确的是 ( )
A.在摩擦前M和N的内部都没有任何电荷
B.摩擦过程中电子从N转移到了M
C.N在摩擦后一定带负电荷1.6×10-10 C
D.M在摩擦过程中失去了1.6×1010个电子
【解析】选C。由物质的结构可知,摩擦前M和N内部都存在电荷,A错误;摩擦后M带正电,故摩擦过程中电子从M转移到N,B错误;由电荷守恒定律可知C正确;每个电子所带电荷量为1.6×10-19 C,可知M失去了1×109个电子,D错误。
【拓展例题】考查内容:多电荷间的相互作用问题
【典例】(多选)a、b、c、d为四个带电小球,两球之间的作用如图所示,则( )
A.仅有两个小球带同种电荷
B.仅有三个小球带同种电荷
C.c、d小球带同种电荷
D.c、d小球带异种电荷
【解析】选B、D。由d吸引a,d吸引b可知a与b带同种电荷,且与d带异种电荷;由c排斥a,c排斥b可知c、a、b带同种电荷,c与d带异种电荷,所以A、C错误,B、D正确。
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课堂检测·素养达标
有甲、乙、丙三个轻质小球,其中甲球靠近毛皮摩擦过的橡胶棒时被排斥。
现将甲与乙、丙分别靠近时,它们相互作用的情况如图所示。下列判断正确的
是( )
A.乙球一定带负电,丙球可能带正电
B.乙球可能不带电,丙球一定带负电
C.乙球可能带正电,丙球一定带正电
D.乙球一定不带电,丙球可能带负电
【解析】选B。由于毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,甲球靠近毛皮摩擦过的橡胶棒时被排斥,所以甲球带负电,甲能吸引乙,则乙可能带正电,也可能不带电;丙与甲相互排斥,所以丙带负电。故B正确,A、C、D错误。
2.下列有关起电的说法,正确的是 ( )
A.摩擦起电说明电荷是可以创造的
B.感应起电的过程中电荷总量不守恒
C.接触起电的本质是物体的电子发生了转移
D.等量的正、负电荷可以中和,说明电荷可以被消灭
【解析】选C。摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,即说明了电荷可以从一个物体转移到另一个物体,并没有产生电荷,物体带负电荷是因为在摩擦过程中此物体得到电子,故A错误;感应起电过程,在电场力作用下,电荷从物体的一部分转移到另一个部分,总的电荷量并没有改变,故B错误;接触起电的本质是物体的电子发生了转移,故C正确;等量的正、负电荷可以中和,但电荷并没有被消灭,只是整体不显示电性而已,故D错误。
3.如图所示,不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔。当枕形导体的A端靠近一带正电导体C时。下列现象不可能出现的是( )
A.A端金箔张开,B端金箔闭合
B.用手触摸枕形导体后,A端金箔仍张开,B端金箔闭合
C.用手触摸枕形导体后,将手和C都移走,两对金箔均张开
D.选项A中两对金箔带异种电荷,选项C中两对金箔带同种电荷
【解析】选A。根据静电感应现象,带正电的导体C放在枕形导体A端附近,在A端出现了负电荷,在B端出现了正电荷。金箔因带同种电荷相斥而张开,A错误;用手触摸枕形导体后,B端不再是最远端,人是导体,人的脚部连接的地球是最远端,这样B端不再有电荷,B端金箔闭合,B正确;用手触摸枕形导体时,只有A端带负电荷,将手和C移走后,不再有静电感应现象。A端所带负电荷便分布在枕形导体上,A、B端均带有负电荷,两对金箔均张开,C正确;综上分析可以看出D正确。
4.验电器的金属箔片能张开,其原理是________________________________,?
同种电荷相互________,异种电荷相互________。某同学用毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带________电荷,说明橡胶棒对外层电子的吸引力________,当橡胶棒带上-3 C的电荷时,毛皮带________的电荷。?
【解析】验电器的金属箔片能张开,其原理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。某同学用毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带负电荷,说明橡胶棒对外层电子的吸引力大,当橡胶棒带上-3 C的电荷时,毛皮带+3 C的电荷。
答案:电荷间的相互作用 排斥 吸引 负 大 +3 C
情境:中央电视台某节目中介绍说,蜜蜂除了用脚采集花粉之外,在飞行过程中由于蜜蜂与空气摩擦产生静电,因此蜜蜂在飞行中就可以吸引带正电的花粉。
问题:
(1)蜜蜂本身带什么电荷?
(2)蜜蜂飞行过程中,电荷如何实现转移?
提示:(1)蜜蜂飞行过程可以吸引带正电的花粉,蜜蜂本身带负电。
(2)蜜蜂飞行与空气摩擦产生静电,蜜蜂带负电,说明摩擦过程中,空气中的电子转移到蜜蜂身上。
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课时素养评价 一
静电的产生及其微观解释
(15分钟·30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.静电现象在自然界中普遍存在。我国早在西汉末年已有对静电现象的记载。《春秋纬·考异邮》中有“玳瑁吸”之说,下列不属于静电现象的是( )
A.梳过头发的塑料梳子吸引纸屑
B.带电小球移至不带电金属球附近,两者相互吸引
C.磁铁能够吸引铁磁性物质
D.从干燥的毛毯上走过,手碰到金属把手时有被电击的感觉
【解析】选C。磁铁吸引铁磁性物质是磁铁的本身属性,不是静电现象,所以C选项符合题意。
2.如图是伏打起电盘示意图,其起电原理是 ( )
A.摩擦起电
B.感应起电
C.接触起电
D.绝缘板中的电荷移到了导电板上
【解析】选B。先通过摩擦,使绝缘板带正电(或带负电);再将接地的导电平板覆盖在带正电的绝缘板上,因静电感应,导电平板靠近绝缘平板的一侧带负电,另一侧的正电因接地而消失;断开导电平板的接地线,手握绝缘柄将导电平板与绝缘板分开(需要做一定的功),导电平板上便带上了负电。所以其起电原理是感应起电。
3.如图所示,在用丝绸摩擦玻璃棒起电的过程中 ( )
A.通过摩擦创造了电荷
B.丝绸上有些正电荷转移到了玻璃棒上
C.玻璃棒上有些正电荷转移到了丝绸上
D.玻璃棒上有些电子转移到了丝绸上
【解析】选D。用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷,起电的原因是丝绸对电子的吸引力大于玻璃,故玻璃中的部分电子移动到丝绸上,故玻璃棒失去电子带正电荷,而丝绸得到电子带等量的负电荷,故A、B、C错误,D正确。
4.将一束塑料扎带一端打结,另一端撕成细条后,用手迅速捋细条,观察到细条散开了,如图所示。下列关于细条散开现象的分析中,正确的是 ( )
A.由于摩擦起电,细条带同种电荷,相互排斥散开
B.撕成细条后,所受重力减小,细条自然松散
C.撕成细条后,由于空气浮力作用使细条散开
D.细条之间相互感应起电,相互排斥散开
【解析】选A。塑料捆扎绳与手摩擦带电;塑料捆扎绳上带的是同种电荷,同种电荷相互排斥,所以塑料绳会向四周散开,捋的次数越多,塑料绳带电越多,排斥力越大,下端越松散;故B、C、D错误,A正确。
二、计算题(共10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
5.有A、B两个物体经摩擦后,使B带上了2.4×10-6 C的正电荷。求此过程中有多少电子发生了转移?是如何转移的?
【解析】通过摩擦,B带上正电,故有电子从B向A发生了转移,由于所带的电荷量都是e=1.6×10-19 C的整数倍,即Q=ne。所以转移的电子数为:n== =1.5×1013个
答案:1.5×1013个 由B向A转移
(10分钟·20分)
6.(6分)(多选)绝缘细线上端固定,下端悬挂一个轻质小球a,a的表面镀有铝膜。在a的附近有一绝缘金属球b。开始时,a、b都不带电,如图所示,现使a、b分别带正、负电,则下列情况可能发生的是 ( )
A.b将吸引a,吸引后不放开
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先吸引a,接触后a、b自由分开
【解析】选B、D。因a带正电、b带负电,异种电荷相互吸引,轻质小球将向b靠拢并与b接触,当小球a与b接触后,将对两球所带的电荷进行重新分配,结果两球带同种电荷将会相互排斥;若a、b原来带电荷量相等,则a、b接触后中和而都不带电,a、b将自由分开。故B、D正确。
【补偿训练】
(多选)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,如图所示。对上述现象的判断与分析,下列说法错误的是 ( )
A.摩擦使笔套带电
B.笔套靠近圆环时,圆环上、下部感应出异种电荷
C.圆环被吸引到笔套上的过程中,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
【解析】选A、B、C。笔套与头发摩擦带电,A正确;笔套靠近圆环时,圆环发生静电感应,其上、下部感应出异种电荷,笔套与圆环有静电吸引力,当圆环所受静电力大于重力时圆环将被吸引到笔套上,B、C正确;当笔套碰到圆环时,其整体所带电荷量与笔套之前所带电荷量相同,D错误。
7.(14分)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之比为多大?
【解析】(1)A、B两球带同种电荷,设电荷量为Q,C与A接触后,由于形状相同,二者平分电荷量。A、C所带的电荷量均为。C与B接触后平分二者电荷量,则B、C的电荷量均为×=Q,A、B最终的电荷量之比为Q∶Q=2∶3。
(2)A、B两球带异种电荷,设电荷量分别为Q、-Q,A、C接触后,平分电荷量,A、C的电荷量均为Q,C与B接触后,平分二者的电荷量,C、B的电荷量均为×=-Q,A、B最终的电荷量之比为Q∶=2∶1。
答案:(1)2∶3 (2)2∶1
【补偿训练】
有两个完全相同的绝缘金属球A、B,A球所带电荷量为q,B球所带电荷量为-q,现要使A、B球所带电荷量都为-,应该如何实现?
【解析】方法一:用手碰A球,A球失去电荷,将A、B球接触,A、B球都带上-的电荷量,再用手碰A,A又失去电荷,再把A、B接触,则A、B球都带上-的电荷量。
方法二:用一个与A、B完全相同的不带电的金属球与A接触,A球带电量变为,再把A、B球接触,A、B球带电量都变为-。
答案:见解析
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