第1章 第1节 静电的产生及其微观解释 讲义—2020-2021学年鲁科版（2019）高中物理必修第三册同步（word含答案）

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
[学习目标]
1.知道使物体带电的几种方式。
2.理解电荷守恒定律的内容。
3.运用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。
4.通过实验，观察并分析静电现象。
[基础梳理]
一、静电的产生
1.电荷
(1)电荷量：电荷的多少。在国际单位制中，电荷量的单位为库仑，简称库，符号为C。
(2)电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
2.摩擦起电：当两个由不同物质组成的物体互相摩擦时，一个物体中某些原子的电子挣脱了原子核的束缚，转移到另一个物体上，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等量的正电。
3.接触起电：当一个带电体接触导体时，电荷会发生转移，使导体也带电。
4.感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电子便会靠近或远离带电体，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，这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。
二、产生静电的微观解释
1.电荷守恒定律
表述：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，或者从一个物体转移到另一个物体。在转移过程中，电荷的总量不变。
2.摩擦起电的实质：两个不同物质组成的物体相互摩擦，由于摩擦力做功，一个物体中的电子获得能量，挣脱原子核的束缚转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律，一个物体失去电子带正电，另一个物体得到电子带负电。
3.感应起电的实质是在附近带电体所带电荷的作用下，导体中的自由电荷从导体的一部分转移到了另一部分。
三、验电器的构造、原理及用途
1.构造

2.原理
金属箔片带同种电荷后，由于同种电荷相互排斥而张开。
3.应用
(1)检验物体是否带电。
(2)物体带电的种类。
【易错提醒】
1.摩擦起电适用于绝缘体，接触起电和感应起电适用于导体。
2.物体带电的实质是电荷发生了转移，或物体间电荷的重新分配。
3.一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。
[能力拓展]
一、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
二、产生静电的微观解释
1.对电荷守恒定律的理解
电荷守恒定律是自然界最基本的规律之一，任何电现象都遵守电荷守恒定律。
实例：一个高能光子可以产生一对正、负电子，一对正、负电子可同时湮没，转化为光子。带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变。
2.三种带电的微观解释
方式
内容
摩擦起电
感应起电
接触带电
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
3.接触起电现象中电荷量的分配(两个完全相同的金属球)
带同种电荷(Q1和Q2)接触后平分原来的所带电荷的总和，即Q1′＝Q2′＝。
带异种电荷(Q1和－Q2)接触后先中和后平分，即Q1′＝Q2′＝。
带等量异种电荷的两个物体接触时，经过电荷的转移，物体达到电中性。
[随堂演练]
1．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷.关于丝绸的带电状况，下列叙述中正确的是（　　）
A．不带电 B．带正电荷 C．带负电荷 D．带电状况具有随机性
2．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，如图所示，下列几种方法中能使两球都带电的是（　　）
A．先把两球分开，再移走棒
B．先移走棒，再把两球分开
C．先将两球分开，棒再接触一下其中一球
D．棒带的电荷量如果不变，不能使两导体球带电
3．N95口罩中起阻隔作用的关键层是熔喷布，熔喷布的纤维里加入了驻极体材料，它能依靠静电感应吸附比熔喷布网状纤维孔洞小很多的0.1μm量级或更小的微粒，从而有了更好的过滤效果。制备驻极体的一种方法是对某些电介质材料进行加热熔化，然后在强电场中进行极化冷却。电介质中每个分子都呈电中性，但分子内正、负电荷分布并不完全重合，每个分子可以看成是等量异号的电荷对。如图所示，某种电介质未加电场时，分子取向随机排布，熔化时施加水平向左的匀强电场，正、负电荷受电场力的作用，分子取向会发生一致性的变化。冷却后撤掉电场，形成驻极体，分子取向能够较长时间维持基本不变。这个过程就像铁在强磁场中磁化成磁铁的过程。根据以上信息可知，下列说法中正确的是（　　）
A．驻极体通过与吸入的空气中微粒的接触，使得微粒带电，从而起到吸附过滤作用
B．若放置时间过长，驻极体口罩会因电场衰减而过期，这是电荷中和的结果
C．驻极体就像一个平行板电容器，电场只存在于内部，外部没有电场
D．上述材料冷却后，撤去外电场，材料左边界带正电，右边界带负电
4．某同学在研究静电感应时，用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。验电器上感应电荷的分布情况正确的是（　　）
A． B．
C． D．
5．如图所示，两根绝缘轻绳将两个大小和材料均相同的带正电小球(可视为质点)系于同一点，A球靠在绝缘墙壁上，B球保持静止状态．两球所带电荷量分别为qA=2q和qB=4q．现将B球与A球接触后再次释放，稳定后两球均静止，下列说法中正确的是（ ）
A．B球的电荷量不变
B．轻绳对B球的拉力变大
C．A、B两球间库仑力减小
D．A、B两球间距离与原来两球间距离的比值为false
6．科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便，常常用元电荷作为电量的单位，关于元电荷，下列论述中不正确的是（　　）
A．把质子或电子叫元电荷
B．false的电量叫元电荷
C．电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷
D．质子带有最小的正电荷，其电量的绝对值叫元电荷
7．取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触，起初它们不带电，分别贴在导体A、B下部的金属箔均是闭合。现将用丝绸摩擦过的玻璃棒C移近导体A，回答下列问题：
(1)若先把A和B分开，然后移去C，此时A导体上的金属箔______，B导体上的金属箔______（填“带正电”、“带负电”、“不带电”）。若再用手接触B，此时观察到的现象是______；
(2)若先移去C，然后把A和B分开，此时A导体金属箔______，B导体金属箱______（填“带正电”、“带负电”、“不带电”）；
(3)A、B导体带电的实质是______。
8．电荷量为+Q的带电体C右侧有两个相互接触的不带电的金属导体A和B，它们均放在绝缘支架上，若先将A、B分开，再移走C，则A带______电，B带_______电；若先将C移走，再把A、B分开，则A、B___________。
参考答案
1．C
【详解】
用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，摩擦的过程中，其实质是电子的转移，玻璃棒失去电子而带正电，丝绸得到电子而带负电。
故选C。
2．A
【详解】
将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球互相接触，则甲的左端和乙的右端分别感应出等量异种电荷；
A．先把两球分开，再移走棒，则两球会带上等量异种电荷，选项A正确；
B．先移走棒，则两球上的感应电荷会消失，则再把两球分开时，两球不带电，选项B错误；
C．先把两球分开，棒再接触一下其中一球，则只能使一球带电，选项C错误；
D．由以上分析可知，选项D错误。
故选A。
3．D
【详解】
A．驻极体通过静电感应，吸附小的微粒，从而起到吸附过滤作用，故A错误；
B．若放置时间过长，驻极体口罩会因电场衰减而过期，这是极化电荷又变的杂乱无章的结果，故B错误；
C．驻极体与驻极体是有间隙的，在每个驻极体周围都存在着电场，所有电场累加在一起相当于左右两个极板的电场，但与平行板电容器不同的是，内部不是匀强电场，周围也存在电场，故C错误；
D．根据电荷的极化，上述材料冷却后，撤去外电场，材料左边界带正电，右边界带负电，故D正确。
故选D。
4．B
【详解】
由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，故验电器的上端应带上与小球异号的电荷，而验电器的箔片上将带上与小球同号的电荷。
故选B。
5．D
【详解】
A、两个完全相同的小球接触后带电量平分，则两个小球后来的带电量：qA′＝qB′＝false ＝3q，B的带电量减小．故A错误；若二者之间的距离不变，根据库仑定律可知库仑力增大，所以二者之间的距离必定增大．对B球受力分析，受重力、拉力T和库仑力F，如图所示：
由图可知，△ABO∽△BMN，根据平衡条件并结合相似三角形法，有：false；由于AO与BO不变，小球的质量m不变，所以AB之间的距离增大时，绳子的拉力T不变；由上式可得：F=false?AB；设开始时AB之间的即可为L，接触后AB之间的距离为L′，则开始时：false；后来平衡时：false；又：F1＝false?L，F2＝false?L′；联立可得：L′＝falseL，故B C错误．D正确；故选D．
6．A
【详解】
ACD．由元电荷定义：将电子或质子所带电量的绝对值称为元电荷，而不是把质子或电子叫元电荷，故A 错误，符合题意，CD正确，不符合题意；
B．false的电量叫元电荷，故B正确，不符合题意。
故选A。
7．带负电 带正电 B导体的金属箔闭合 不带电 不带电 电子转移（或电荷转移）
【详解】
丝绸摩擦过的玻璃棒C带正电荷，导体A、B接触在一起时，处在正电荷的电场中，由于静电感应，导体A的左端感应出负电荷，导体B的右端感应出正电荷，且电荷量相等，所以导体两端的金属箔都张开，且左端带负电，右端带正电。
(1)[1][2][3] 若先把A和B分开，然后移去C，导体A、B的电荷不能中和，故A导体上的金属箔带负电，B导体上的金属箔带正电，若用手接触B则将B导体的正电荷中和而不再带电，故此时观察到的现象是B导体的金属箔闭合；
(2)[4][5] 若先移去C，导体A和导体B上的正负电荷中和，均不再带电，故A、B导体金属箔均不带电；
(3)[6] A、B导体带电的实质是电子转移（或电荷转移）。
8．负 正 不带电
【详解】
[1] [2]由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，在C的作用下，会使A端带上负电荷，B端带上正电荷，这时将A、B分开，A带负电荷，B带正电荷。
[3] 若先将C移走，A端所带负电荷与B端所带正电荷由全部中和，再将A、B分开，A、B都不带电。