2017屆高中物理第1章靜電場(chǎng)第1講靜電現(xiàn)象及其微觀解釋學(xué)案魯科版選修.docx

第1講靜電現(xiàn)象及其微觀解釋目標(biāo)定位1.了解電荷及靜電現(xiàn)象的產(chǎn)生.2.了解靜電的應(yīng)用及防護(hù).3.掌握電荷守恒定律并能解答相應(yīng)問題.一、靜電的產(chǎn)生1.使物體帶電的三種方式：摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電.2.靜電感應(yīng)：導(dǎo)體因受附近帶電體的影響而帶電的現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng).利用靜電感應(yīng)使物體帶電的方式叫感應(yīng)起電.3.電荷：物理學(xué)規(guī)定：用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電.同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.二、原子結(jié)構(gòu)與電荷守恒1.原子結(jié)構(gòu)：物質(zhì)是由原子、分子、離子等微粒組成；原子是由原子核和電子組成；原子核是由中子和質(zhì)子組成.質(zhì)子帶正電，電子帶負(fù)電，物體不顯電性.2.電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體.在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不變.這個(gè)規(guī)律叫做電荷守恒定律.3.物體帶電的本質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移.想一想摩擦起電的物體所帶的電荷是哪里來的？答案摩擦起電的電荷是相互摩擦的物體間電子的轉(zhuǎn)移造成的.三、靜電的應(yīng)用與防護(hù)1.靜電的應(yīng)用：激光打印機(jī)、靜電噴霧、靜電除塵、靜電殺菌等.2.防止靜電危害的方法之一是：盡快把靜電導(dǎo)走.想一想油罐車車尾為什么拖著一條長(zhǎng)長(zhǎng)的鐵鏈？答案由于運(yùn)輸過程中油和油罐摩擦產(chǎn)生了靜電，通過一條鐵鏈可以將電荷導(dǎo)走，避免引起爆炸事故.一、三種起電方式1.摩擦起電：當(dāng)兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r，一些束縛不緊的電子會(huì)從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來呈電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電.2.感應(yīng)起電：當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷之間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號(hào)電荷.3.接觸起電：當(dāng)導(dǎo)體與帶電導(dǎo)體接觸時(shí)，電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，使導(dǎo)體帶上與帶電體相同性質(zhì)的電荷.4.三種起電方式的實(shí)質(zhì)都是自由電子的轉(zhuǎn)移.例1絕緣細(xì)線上端固定，下端掛一輕質(zhì)小球a，a的表面鍍有鋁膜；在a的旁邊有一絕緣金屬球b，開始時(shí)a、b都不帶電，如圖1所示，現(xiàn)使b帶電，則()圖1A.b將吸引a，吸住后不放開B.b先吸引a，接觸后又把a(bǔ)排斥開C.a、b之間不發(fā)生相互作用D.b立即把a(bǔ)排斥開答案B解析b球帶電后，使a產(chǎn)生靜電感應(yīng)，感應(yīng)的結(jié)果是a靠近b的一側(cè)出現(xiàn)與b異種的感應(yīng)電荷，遠(yuǎn)離b的一側(cè)出現(xiàn)與b同種的感應(yīng)電荷.雖然a上的感應(yīng)電荷等量異號(hào)，但因?yàn)楫惙N電荷離b更近，所以b對(duì)a的電場(chǎng)力為引力.當(dāng)b吸引a使兩者接觸后，由于接觸帶電，b、a又帶上同種電荷，有斥力作用，因而又把a(bǔ)排斥開，所以B項(xiàng)正確.借題發(fā)揮(1)帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)，所以兩物體吸引不一定是因?yàn)閹в挟惙N電荷.也可能是因?yàn)槠渲幸粋€(gè)是輕小物體.(2) 在處理帶電物體間發(fā)生相互作用時(shí)，需特別注意帶電物體具有吸引不帶電的輕小物體的特性，所以當(dāng)兩物體相互吸引時(shí)，其可能情況是一個(gè)帶電，另一個(gè)不帶電，也可能是兩物體帶異種電荷.針對(duì)訓(xùn)練如圖2所示，A、B為相互接觸的用絕緣支柱支持的金屬導(dǎo)體，起初它們不帶電，在它們的下部貼有金屬箔片，C是帶正電的小球，下列說法正確的是()圖2A.把C移近導(dǎo)體A時(shí)，A、B上的金屬箔片都張開B.把C移近導(dǎo)體A，先把A、B分開，然后移去C，A、B上的金屬箔片仍張開C.先把C移走，再把A、B分開，A、B上的金屬箔片仍張開D.先把A、B分開，再把C移走，然后重新讓A、B接觸，A上的金屬箔片張開，而B上的金屬箔片閉合答案AB解析雖然A、B起初都不帶電，但帶正電的導(dǎo)體C對(duì)A、B內(nèi)的電荷有力的作用，使A、B中的自由電子向左移動(dòng)，使得A端積累了負(fù)電荷，B端帶正電荷，其下部貼有的金屬箔片分別帶上了與A、B同種的電荷，所以金屬箔片都張開，A正確.C只要一直在A、B附近，先把A、B分開，A、B上的電荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍帶等量異種的感應(yīng)電荷，此時(shí)再移走C，A、B所帶電荷量不變，金屬箔片仍張開，B正確.但如果先移走C，A、B上的感應(yīng)電荷會(huì)馬上中和，不再帶電，所以箔片都不會(huì)張開，C錯(cuò).先把A、B分開，再移走C，A、B仍然帶電，但重新讓A、B接觸后，A、B上的感應(yīng)電荷會(huì)完全中和，箔片都不會(huì)張開，D錯(cuò).故選A、B.二、電荷守恒定律的理解和應(yīng)用1.三種起電方式的本質(zhì)都是電子的轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)移的過程中電荷的總量不變注意(1)電中性的物體內(nèi)部也有電荷的存在，只是電荷量的代數(shù)和為零，對(duì)外不顯電性；(2)電荷的中和是指帶等量異號(hào)電荷的兩物體接觸時(shí)，經(jīng)過電子的轉(zhuǎn)移，最終達(dá)到電中性的過程.2.接觸帶電時(shí)電荷量的分配與導(dǎo)體的形狀、大小有關(guān)，當(dāng)兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后，電荷將平均分配，即最后兩個(gè)球一定帶等量的同種電荷.若兩個(gè)球原先帶同號(hào)電荷，電荷量相加后均分；若兩個(gè)球原先帶異號(hào)電荷，則電荷先中和再均分.例2一帶負(fù)電絕緣金屬小球放在潮濕的空氣中，經(jīng)過一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)該小球上的電荷幾乎不存在了，這說明()A.小球上原有的負(fù)電荷逐漸消失了B.在此現(xiàn)象中，電荷不守恒C.小球上負(fù)電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了D.該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的，仍然遵循電荷守恒定律答案CD解析絕緣金屬小球上的電荷量減少是由于電子通過空氣導(dǎo)電轉(zhuǎn)移到外界，使小球上的電荷量減少，但這些電子并沒有消失，就小球和整個(gè)外界組成的系統(tǒng)而言，其電荷總量保持不變，因此C、D選項(xiàng)正確.例3半徑相同的兩金屬小球A、B帶有相同的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個(gè)半徑相同的不帶電金屬小球C，先后與A、B接觸后移開.(1)若A、B兩球帶同種電荷，接觸后兩球的電荷量大小之比為多大；(2)若A、B兩球帶異種電荷，接觸后兩球的電荷量大小之比為多大.答案(1)23(2)21解析(1)設(shè)A、B帶同種電荷且電荷量均為q，則A、C接觸后，A、C所帶電荷量為qAqCq.C與B球接觸后，B、C所帶電荷量為：qBqCq.故A、B所帶電荷量大小之比為.(2)設(shè)qAq，qBq.則C與A接觸后，A、C所帶電荷量為qAqCq.C與B接觸后，B、C所帶電荷量為qBqCq，故A、B所帶電荷量大小之比為.借題發(fā)揮(1)相同的金屬球帶同種電荷時(shí)，接觸時(shí)總電荷量平分.(2)相同的金屬球帶異種電荷時(shí)，接觸時(shí)電荷中和后將剩余電荷平分.三、靜電的應(yīng)用與防護(hù)1.靜電的危害：雷鳴閃電造成人畜傷亡，靜電火花引發(fā)的爆炸和火災(zāi)，靜電放電導(dǎo)致電子設(shè)備的故障，以及工業(yè)中的一些靜電危害等.2.防止靜電危害的措施有：盡快導(dǎo)走多余電荷，避免靜電積累；調(diào)節(jié)空氣的濕度；易燃易爆環(huán)境中保持良好的通風(fēng)、消除靜電火花的引爆條件.例4下列措施利用了靜電的是()A.油罐車的油罐有條鐵鏈搭到地上B.農(nóng)藥噴灑飛機(jī)噴灑的農(nóng)藥霧滴帶正電C.家用電器如洗衣機(jī)接有地線D.手機(jī)一般都裝有天線答案B解析油罐車的油罐有條鐵鏈搭到地上，目的是把油罐車產(chǎn)生的靜電導(dǎo)到地下，保證油罐車的安全，家用電器也一樣，A、C錯(cuò)誤.農(nóng)藥噴灑飛機(jī)噴灑的農(nóng)藥霧滴帶正電，而葉子上都帶有負(fù)電，農(nóng)藥不會(huì)被風(fēng)吹走，B正確.手機(jī)接有天線目的是為了更好的接收信號(hào)，D錯(cuò)誤.對(duì)物體帶電本質(zhì)的理解1.如圖3所示，用起電機(jī)使金屬球A帶上正電荷，并靠近驗(yàn)電器B，則()圖3A.驗(yàn)電器金箔不張開，因?yàn)榍駻沒有和驗(yàn)電器B接觸B.驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都感應(yīng)出了正電荷C.驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都感應(yīng)出了負(fù)電荷D.驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)轵?yàn)電器的下部箔片感應(yīng)出了正電荷答案D解析相對(duì)于金屬球來講，金屬箔片是距離帶電體A較遠(yuǎn)的一端，根據(jù)靜電感應(yīng)規(guī)律可知，驗(yàn)電器的兩金屬箔片都帶上了正電荷，而同種電荷相斥，所以金屬箔片張開，即D正確.電荷守恒定律的理解和應(yīng)用2.有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B，分別帶有電荷量為QA6.4109C、QB3.2109C，讓兩個(gè)絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少個(gè)電子？答案電子由B球轉(zhuǎn)移到了A球，轉(zhuǎn)移了3.01010個(gè)電子解析當(dāng)兩小球接觸時(shí)，帶電荷量少的負(fù)電荷先被中和，剩余的正電荷再重新分配.由于兩小球相同，剩余正電荷必均分，即接觸后兩小球帶電荷量QAQBC1.6109C.在接觸過程中，電子由B球轉(zhuǎn)移到A球，不僅將自身電荷中和，且繼續(xù)轉(zhuǎn)移，使B球帶QB的正電，這樣，共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為QBQBQB1.6109(3.2109)C4.8109C.轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n3.01010(個(gè)).靜電的應(yīng)用與防護(hù)3.專門用來運(yùn)輸柴油、汽油的油罐車，在它的尾部都裝有一條拖在地上的鐵鏈，對(duì)它的作用下列說法正確的是 ()A.讓鐵鏈與路面摩擦產(chǎn)生靜電，使油罐車積累一定的靜電荷B.讓鐵鏈發(fā)出聲音，以引起其他車輛的注意C.由于罐體與油摩擦產(chǎn)生了靜電，罐體上的靜電被鐵鏈導(dǎo)入大地，從而避免了火花放電D.由于罐體與油摩擦產(chǎn)生了靜電，鐵鏈將油的靜電導(dǎo)入大地，從而避免了火花放電答案C解析在運(yùn)輸柴油、汽油時(shí)，由于上下左右顛簸搖擺，造成油和油罐摩擦而產(chǎn)生靜電，所以在油罐車尾部裝一條拖在地上的鐵鏈能將靜電導(dǎo)入大地從而避免靜電的積累.題組一對(duì)起電的三種方式的理解1.關(guān)于摩擦起電現(xiàn)象，下列說法正確的是()A.摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生電子和質(zhì)子B.兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后，同時(shí)帶上等量異種電荷C.摩擦起電，可能是因?yàn)槟Σ翆?dǎo)致質(zhì)子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到了另一個(gè)物體而形成的D.絲綢摩擦玻璃棒時(shí)，電子從玻璃棒上轉(zhuǎn)移到絲綢上，玻璃棒因質(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電答案BD解析摩擦起電實(shí)質(zhì)是由于兩個(gè)物體的原子核對(duì)核外電子的約束能力不同，因而電子可以在物體間轉(zhuǎn)移，若一個(gè)物體失去電子，其質(zhì)子數(shù)就會(huì)比電子數(shù)多，我們說它帶正電.若一個(gè)物體得到電子，其質(zhì)子數(shù)就會(huì)比電子數(shù)少，我們說它帶負(fù)電.使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷.2.如圖1所示，將帶電棒移近兩個(gè)不帶電的導(dǎo)體球，甲、乙兩個(gè)導(dǎo)體球開始時(shí)互相接觸且對(duì)地絕緣.下述幾種方法中能使兩球都帶電的是()圖1A.先把兩球分開，再移走棒B.先移走棒，再把兩球分開C.先將棒接觸一下其中的一球，再把兩球分開D.棒的電荷量不變，兩導(dǎo)體球不能帶電答案AC解析感應(yīng)起電應(yīng)遵從以下幾個(gè)步驟：(1)兩導(dǎo)體彼此接觸；(2)帶電體移近兩導(dǎo)體；(3)先分開兩導(dǎo)體，再移走帶電體.由此可知，A項(xiàng)可以使兩球都帶電；帶電體與非帶電體接觸，電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，使物體帶電，C項(xiàng)可以使兩球都帶電.故正確選項(xiàng)為A、C.3.A和B都是不帶電的物體，它們互相摩擦后A帶負(fù)電荷1.61010C，下列判斷中正確的是()A.在摩擦前A和B的內(nèi)部電荷量為零B.摩擦的過程中電子從A轉(zhuǎn)移到了BC.A在摩擦過程中一定得到了1109個(gè)電子D.A在摩擦過程中一定失去了1.61019C電子答案AC解析根據(jù)電荷守恒定律及電子帶負(fù)電可知，選項(xiàng)A、C正確.4.懸掛在絕緣細(xì)線下的兩個(gè)輕質(zhì)小球，表面鍍有金屬薄膜，由于電荷的相互作用而靠近或遠(yuǎn)離，分別如圖2甲、乙所示，則()圖2A.甲圖中兩球一定帶異種電荷B.乙圖中兩球一定帶同種電荷C.甲圖中兩球至少有一個(gè)帶電D.乙圖中兩球只有一個(gè)帶電答案BC解析題目中的小球都是鍍有金屬薄膜的輕質(zhì)小球，帶電物體具有吸引輕小物體的性質(zhì)，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，所以可以判斷出題圖甲的現(xiàn)象可以是兩個(gè)帶異種電荷的小球，也可以是一個(gè)小球帶電而另一個(gè)小球不帶電；兩個(gè)小球由于相互排斥而出現(xiàn)題圖乙中的現(xiàn)象，則必須都帶電且是同種電荷.5.用金屬箔做成一個(gè)不帶電的圓環(huán)，放在干燥的絕緣桌面上.小明同學(xué)用絕緣材料做的筆套與頭發(fā)摩擦后，將筆套自上向下慢慢靠近圓環(huán)，當(dāng)距離約為0.5cm時(shí)圓環(huán)被吸引到筆套上，如圖3所示.對(duì)上述現(xiàn)象的判斷與分析，下列說法正確的是()圖3A.因?yàn)楣P套絕緣，所以摩擦不能使筆套帶電B.筆套靠近圓環(huán)時(shí)，圓環(huán)上、下部感應(yīng)出異號(hào)電荷C.圓環(huán)被吸引到筆套的過程中，圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)的重力D.筆套碰到圓環(huán)后，筆套所帶的電荷立刻被全部中和答案BC解析筆套與頭發(fā)摩擦后，能夠吸引圓環(huán)，說明筆套上帶了電荷，即摩擦使筆套帶電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；筆套靠近圓環(huán)時(shí)，由于靜電感應(yīng)，會(huì)使圓環(huán)上、下部感應(yīng)出異號(hào)電荷，選項(xiàng)B正確；圓環(huán)被吸引到筆套的過程中，是由于圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)所受的重力，故選項(xiàng)C正確；筆套碰到圓環(huán)后，筆套上的部分電荷轉(zhuǎn)移到圓環(huán)上，使圓環(huán)帶上性質(zhì)相同的電荷，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.6.如圖4所示，是一個(gè)帶正電的驗(yàn)電器，當(dāng)一個(gè)金屬球A靠近驗(yàn)電器上的金屬小球B時(shí)，驗(yàn)電器中金屬箔片的張角減小，則()圖4A.金屬球A可能不帶電B.金屬球A一定帶正電C.金屬球A可能帶負(fù)電D.金屬球A一定帶負(fù)電答案AC解析驗(yàn)電器上的金屬箔片和金屬球都帶有正電荷，金屬箔片之所以張開，是由于箔片上的正電荷互相排斥造成的.當(dāng)驗(yàn)電器金屬箔片的張角減小時(shí)，說明箔片上的正電荷一定比原來減少了，由于金屬球A只是靠近驗(yàn)電器而沒有與驗(yàn)電器上的金屬球B發(fā)生接觸，要考慮感應(yīng)起電的影響.當(dāng)金屬球A靠近時(shí)，驗(yàn)電器的金屬球B、金屬桿包括金屬箔片整體相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體，金屬球A離金屬球B較近，而離金屬箔片較遠(yuǎn).如果金屬球A帶正電，驗(yàn)電器上的正電荷一定向遠(yuǎn)處移動(dòng)，則金屬箔片上的電荷量不會(huì)減少，所以選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的.如果金屬球A帶負(fù)電，驗(yàn)電器上的正電荷會(huì)由于引力作用向近端移動(dòng)，造成金屬箔片上的電荷量減少，所以選項(xiàng)C是正確的.如果金屬球A不帶電，由于受到金屬球B上正電荷的影響，金屬球A上靠近B的部分也會(huì)由于靜電力的作用出現(xiàn)負(fù)電荷，而這些負(fù)電荷反過來會(huì)使得驗(yàn)電器上的正電荷向金屬球B移動(dòng)，效果與金屬球A帶負(fù)電荷一樣.所以選項(xiàng)A也是正確的，選項(xiàng)D是錯(cuò)誤的.題組二對(duì)電荷守恒定律的理解7.把兩個(gè)完全相同的小球接觸后分開，兩球相互排斥，則兩球原來的電荷情況不可能是()A.一個(gè)小球原來帶電，另一個(gè)小球原來不帶電B.兩個(gè)小球原來分別帶等量異種電荷C.兩個(gè)小球原來分別帶同種電荷D.兩個(gè)小球原來分別帶不等量異種電荷答案B解析兩個(gè)完全相同的小球接觸后互相排斥，說明原來兩球所帶電荷量的代數(shù)和不等于零.若原來兩小球分別帶有等量的異種電荷，則接觸后將發(fā)生中和，兩球均不帶電，不會(huì)發(fā)生排斥作用，故選項(xiàng)B正確.8.如圖5導(dǎo)體A帶5q的正電荷，另一完全相同的導(dǎo)體B帶q的負(fù)電荷，將兩導(dǎo)體接觸一會(huì)兒后再分開，則B導(dǎo)體的電荷量為()圖5A.qB.qC.2qD.4q答案C解析相同帶電體接觸后，電荷量先中和，后平分.9.如圖6所示，通過調(diào)節(jié)控制電子槍產(chǎn)生的電子束，使其每秒有104個(gè)電子到達(dá)收集電子的金屬瓶，經(jīng)過一段時(shí)間，金屬瓶上帶有81012C的電荷量，求：圖6(