2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册1.1静电的产生及其微观解释课件

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
课标解读
课标要求
素养形成
1.通过实验,了解静电现象
2.能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象
1.物理观念:能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象
2.科学思维:会从原子结构的角度分析物体带电的本质,知道摩擦起电是原子核对核外电子束缚的强弱不同引起的
3.科学探究:经历摩擦起电和感应起电的实验过程,体验科学探究的思维方法,培养学生观察、分析的能力
4.科学态度与责任:培养学生从微观的角度认识物体带电的本质的科学探究品质
精读教材·必备知识
情境导学
1.在干燥的冬天,人们常有这样的经历:脱掉外衣后,再伸手接触金属门把手的
一刹那,突然听到“啪”的一声,手被电了一下,是哪里来的电呢?
提示:在天气干燥的季节,由于摩擦使身体和外衣都带了电,脱掉外衣后用手
去摸金属门把手,身体中的电荷通过门把手“导走”,于是会有电击的感觉。
2.把带正电荷的球C移近彼此接触的导体A、B,可以看到A、B上的金属箔都
张开了;如果把C移走,A和B上的金属箔就会闭合。这说明了什么?
提示:A、B上的金属箔都张开说明两部分都带电了,A和B上的金属箔闭合说
明两部分均不带电。
3.带负电的绝缘小球放在潮湿的空气中,一段时间后不带电了,是电荷不守恒
吗?
提示:不带电是因为绝缘小球上的电子通过潮湿的空气转移到外界,但是这些
电子并没有消失,就小球和整个外界组成的系统而言,电荷的总量仍保持不
变,遵循电荷守恒定律。
必备知识
新知梳理
1.自然界有两种电荷,同种电荷相互　　　　　????,异种电荷相互　　　　????
????;用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为　　　　　????,用毛皮摩擦过的
橡胶棒所带的电荷规定为　　　　　????。
2.电荷的多少叫作　　　　　????,用　　　　　????表示。在国际单位制中,它
的单位是　　　　　????,简称　　　　　????,符号是　　　　　????。
排斥
吸引
正电荷
负电荷
电荷量
Q
库仑
库
C
3.当两种不同物质组成的物体互相摩擦时,由于摩擦力做功,受束缚较　　????
　　????的电子获得能量,挣脱了原子核的束缚,会转移到另一个物体上。于
是,原来电中性的物体由于得到电子而带　　　　　????电,失去电子的物体则
带　　　　　????电。这就是摩擦起电的原因。
4.当一个带电体靠近导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,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　　　　　????种电荷,远
离带电体的一端带　　　　　????种电荷,这种现象叫作静电感应。
弱
负
正
异
同
5.电荷守恒定律:电荷既不能被　　　　　????,也不能被　　　　　????,只能从
物体的一部分　　　　　????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　　　　　????。
创造
消灭
转移
转移
保持不变
思维诊断
1.不带电的物体上,既没有正电荷也没有负电荷。?(　　)
2.两带电金属球相接触,分离后带电荷量相等。?(　　)
3.无论是摩擦起电还是感应起电,都是电荷的转移。?(　　)
4.带电体靠近导体时,导体靠近带电体的一端感应出异种电荷,另一端不会产
生静电感应。?(　　)
?
?
√
?
互动探究·关键能力
情境探究
要点一　三种起电方式
许多人有过以下经历:冬季傍晚准备休息脱掉“化纤材质”衣物时,会伴有蓝色闪光和“啪啪”响声,此现象是由静电引起的。摩擦起电是常见的使物体带电的方式,如图所示,先将一根玻璃棒靠近验电器的金属球直至接触,再用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近验电器的金属球,然后使玻璃棒接触验电器的金属球。
1.直接用玻璃棒靠近验电器直至接触的过程中,会观察到什么现象?
提示:直接用玻璃棒靠近验电器直至接触的过程中,验电器没有任何现象发生。
2.将用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近验电器的金属球,会发生什么现象?为什么?
提示:将用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近验电器的金属球,会发现验电器的金属箔
张开了一定的角度。玻璃棒靠近验电器的金属球时,金属球感应出负电荷,金
属箔感应出正电荷,金属箔由于带上同种电荷相互排斥而张开一定的角度。
3.用丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的金属球时,会发生什么现象?为什么?
提示:用丝绸摩擦过的玻璃棒接触验电器的金属球时,会发现验电器的金属箔
张开了一定的角度。由于玻璃棒与金属球接触发生了电荷转移,金属箔带上
正电荷,金属箔由于带上同种电荷相互排斥而张开一定的角度。
4.感应起电的实质是什么?绝缘体能否发生感应起电?
提示:感应起电的实质是在带电体上电荷的作用下,导体中的正、负电荷发生
分离,电荷从导体的一部分转移到另一部分。导体中的电子能够自由移动,绝
缘体中没有自由移动的电荷,所以导体能发生感应起电,而绝缘体不能。
知识深化
1.摩擦起电
原子核是相对固定的,内部的质子更不能脱离原子核而移动,而离原子核较远
的核外电子容易受到外界的作用而脱离原子,不同物质的原子核束缚电子的
能力不同,摩擦时电子从一个物体上转移到另一个物体上,得到电子的物体带
负电,失去电子的物体带正电,这样两个相互摩擦的物体带上了等量异种电
荷。
?
同一物体分别与不同种类的物体摩擦,该物体所带电荷的性质取决于两种物
质的原子核束缚电子的能力的大小,故同一物体与不同种类的物体摩擦时,可
能带上不同种类的电荷。
2.感应起电
当一个带电体靠近不带电的导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,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种电荷,远离带
电体的一端带同种电荷。
3.接触起电
不带电的导体与带电体接触,由于电荷间的相互作用,电子在不带电的导体与
带电体之间发生转移,分开后导体带电。
4.三种起电方式对比
方式
摩擦起电
接触起电
感应起电
产生条件
两个不同绝缘体摩擦
导体与带电导体接触
导体靠近带电体
现象和结果
两物体带上等量异种
电荷
导体带上与带电体相
同电性的电荷
导体两端出现等量异
种电荷,且电性与原带
电体“近异远同”
原因
不同物质的原子核对
核外电子束缚能力不
同而发生电子得失
自由电荷在带电体与
导体之间发生转移
导体中的自由电子受
带正(负)电物体吸引
(排斥)而靠近(远离)
实质
电荷在物体之间或物体内部的转移
特别提醒
(1)只有导体才能发生感应起电,绝缘体因没有自由移动的电荷而不会发生感
应起电;
(2)摩擦起电中,对原子核外电子束缚能力差的物体失去电子而带正电,对原
子核外电子束缚能力强的物体得到电子而带负电。
题组过关
典例1????(多选)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?( 　　)
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中两对金箔分别带异号电荷,选项C中两对金箔带同号电荷
BCD
解析　根据静电感应现象,带正电的导体C放在枕形导体附近,在A端积
累了负电荷,在B端积累了正电荷,金箔带电相斥而张开,选项A错误。用手触
摸枕形导体后,B端不再是最远端,人是导体,人脚下的地球是最远端,这样B端
不带电,B端金箔闭合,选项B正确。用手触摸枕形导体后,只有A端带负电,将
手和C都移走,不再有静电感应,A端所带负电荷便会分布在整个枕形导体上,
A、B端均带负电,两对金箔张开,选项C、D正确。
名师点拨
分析静电感应的两点提醒
1.当一个带电体靠近不带电的导体时,导体两端出现等量异种电荷,且电性与
原带电体“近异远同”。
2.用手触摸相当于接地,此时导体和大地应看作一个整体,由于同种电荷相互
排斥,所以电荷会通过手在导体和大地之间转移,导体两端不是具有等量异种
电荷,而是有多余的正电荷或负电荷。
针对训练1????(多选)如图所示,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?(　　)
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
AC
解析　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,验电器上的电子一定向靠近金属球A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,验电器上的电子会由
于力的作用向远离金属球A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的部分也会由于力的作用积累负电荷,而这些负电荷反过来会使得
验电器上的电子向金属箔片移动,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。
典例2　有三个相同的金属小球A、B、C,其中小球A带有2.0×10-5 C的正电
荷,小球B、C不带电。现在让小球C先与球A接触后取走,再让小球B与球A接
触后分开,最后让小球B与小球C接触后分开,最终三球的带电荷量分别是多
少?
答案????qA=5×10-6 C????qB=7.5×10-6 C????qC=7.5×10-6 C
解析　当A和C接触后,根据平均分配原则,两小球接触后的电荷量为qC=qA=
?=1×10-5 C,当再让小球B与小球A接触后分开,两小球接触后的电荷
量为qB=qA=?=?×10-5 C=5×10-6 C,当让小球B与小球C接触后分开,两
小球带的电荷量为qB=qC=? C=7.5×10-6 C。
规律总结
若两个完全相同的带电体所带电荷量分别为q1、q2(包含正、负号),则有:
(1)?
(2)?
要点二　电荷守恒定律
情境探究
用带电的硬橡胶棒靠近枕形导体A、B,枕形导体A、B两侧的金属箔均　????
　　　????,移走带电的硬橡胶棒,枕形导体A、B两侧的金属箔均　　　　????????。
再次用带电的硬橡胶棒靠近枕形导体A、B,枕形导体A、B两侧的金属箔均
　　　　　????,将枕形导体A、B分开,移走带电的硬橡胶棒,枕形导体A、B两
侧的金属箔　　　　　????,接着将A、B接触,枕形导体A、B两侧的金属箔
????　　　　????。
实验现象说明了什么?
提示: 张开 闭合 张开 仍然张开 闭合
电荷能从一个物体转移到另一个物体,在转移的过程中,电荷的总量保
持不变。
对电荷守恒定律的理解
(1)电荷守恒不仅适用于宏观过程(电子的转移),也适用于微观过程(核反应和
基本粒子转化过程)。
(2)起电过程的实质是物体中正、负电荷的分离或转移。摩擦起电和接触起
电是电荷从“一个物体转移到另一个物体”,感应起电是电荷从“物体的一
部分转移到另一部分”。
(3)电荷的总量是指电荷的代数和。
(4)电荷的中和是指正、负电荷的代数和为0。
知识深化
题组过关
典例3????(多选)M和N是两个都不带电的不同的物体。它们互相摩擦后,M带
正电荷2.72×10-9 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M转移到N
C.N在摩擦后一定带负电荷2.72×10-9 C
D.M在摩擦过程中失去1.7×1010个电子
BCD
解析　在摩擦前,物体内部存在着等量的异种电荷,对外不显电性,A错;M
失去电子带正电,N得到电子带负电,所以电子是从M转移到N,B对;在摩擦起
电过程中,根据电荷守恒定律,得失电子数目是相等的,M带正电荷2.72×10-9 C,
则N一定带负电荷2.72×10-9 C,C对;M失去的电子数为n=?=?个=1.7×
1010个,D对。
名师点拨
1.无论是起电现象还是电荷中和现象,其过程只是电荷的转移,电荷本身不能
被创生或消灭。
2.在任何物理过程中,各个物体的电荷量可以改变,但所有物体电荷量的代数
和是守恒的。
针对训练2????(多选)原来甲、乙、丙三种物体都不带电,今使甲、乙两物体相
互摩擦后,乙物体再与丙物体接触,最后,得知甲物体带有正电荷1.6×10-15 C。
则对于最后乙、丙两物体的带电情况,下列说法正确的是?(　　)
A.乙物体一定带有负电荷8×10-16 C
B.乙物体可能带有负电荷2.4×10-15 C
C.丙物体一定带有正电荷8×10-16 C
D.丙物体一定带有负电荷8×10-16 C
AD
解析　不同物体经过摩擦后,会带上电。得到电子的带负电,失去电子的
带正电。甲、乙两物体相互摩擦后,甲物体带正电荷1.6×10-15 C,根据电荷守
恒定律,则乙带负电荷1.6×10-15 C,若乙物体再与丙物体接触,由于乙带负电荷
1.6×10-15 C,则接触后丙也一定带负电,电荷量大小为8×10-16 C,故A、D正
确,B、C错误。
评价检测·素养提升
课堂检测
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,如图所示。
现使b带电,则?(　　)
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
B
解析????b球带电后,产生静电感应,a靠近b的一侧出现与b异种的感应电荷,远
离b的一侧出现等量的与b同种的感应电荷。a上与b异种的电荷离b更近,所
以b对a有引力,当b吸引a使两者接触后,由于接触带电,a带上与b同种的电
荷,a、b之间有斥力,因而又把a排斥开,所以选B。
2.(多选)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,由此对
摩擦起电说法正确的是?(　　)
?
A.两个物体摩擦时,表面粗糙的易失去电子
B.两个物体摩擦起电时,一定同时带上种类以及数量不同的电荷
C.两个物体摩擦起电时,带上电荷的种类不同但数量相等
D.同一物体与不同种类物体摩擦,该物体的带电荷种类可能不同
CD
解析　题目没有提到物体的粗糙程度,所以不能判断出表面粗糙的物体
易失去电子,故A错误;摩擦起电的实质是电荷的转移,在转移的过程中总电荷
量保持不变,所以两个物体摩擦起电时,一定同时带上种类不同、数量相同的
电荷,故B错误,C正确;用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦,棉布分别
带负电与带正电,说明同一物体与不同种类的物体摩擦时,该物体的带电荷种
类可能不同,故D正确。
3.如图所示,用起电机使金属球A带正电,靠近验电器B,则?
(　　)
A.验电器金箔不张开,因为球A没有和B接触
B.验电器金箔张开,因为整个验电器都带上了正电
C.验电器金箔张开,因为整个验电器都带上了负电
D.验电器金箔张开,因为验电器下部箔片带上了正电
D
解析　球A带正电,靠近验电器B时,根据同种电荷相斥、异种电荷相吸的原
理,验电器金箔中的电子就会被金属球A中正电荷吸引到验电器的上端小球
上,所以下端的验电器箔片就会带上正电。因为同种电荷相互排斥,故箔片张
开,D正确。
4.(多选)小明同学用自制的验电器进行了一些探究实验。如图所示,小明使
验电器带了负电荷,经过一段时间后,他发现该验电器的金属箔片(用包装巧
克力的锡箔纸制作)几乎闭合了。关于此问题,他跟学习
小组讨论后形成了下列观点,你认为正确的是?(　　)
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.该现象是由电子的转移引起的,仍然遵循电荷守恒定律
CD
解析　带负电的验电器在潮湿的空气中,经过一段时间后,小球上的负电
荷(电子)被潮湿的空气导走了,但电荷在转移的过程中仍然守恒,故C、D正
确。
1749年,富兰克林在大量实验的基础上证明了闪电是一种电力性质,闪电和电
火花具有同样的特性,都是瞬时的,都是相似的光和声,都能燃着物体、熔解
金属、流过导体、具有集中于物体尖端等特点。1752年,他用著名的风筝实
验,证实了自己的观点:闪电就是一种放电现象。
《淮南子》中记有“阴阳相薄为雷,激扬为电”,人们对雷电的认识已从雷公
提升到朴素的阴阳作用。下列关于雷电的说法中错误的是?(　　)
创新视野
C
A.发生雷电的过程是放电过程
B.发生雷电的过程是电能向光能、内能等转化的过程
C.发生雷电的过程中,电荷的总量增加
D.发生雷电的过程中,电荷的总量不变
解析　发生雷电的过程是放电过程,故A正确;发生雷电的过程是电能向光
能、内能等转化的过程,故B正确;发生雷电的过程中,电荷的总量守恒,故C错
误,故D正确。