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第1章第1节 静电的产生及其微观解释
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标
课标要求1.知道自然界中的两种电荷以及电荷间的相互作用规律。(物理观念)2.知道使物体带电的三种方式,明确这三种不同方式的原理和本质。(物理观念)3.掌握电荷守恒定律,能从物质的微观结构解释静电产生的原因。(科学思维)
基础落实•必备知识全过关
一、静电的产生1.电荷(1)种类:用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷规定为电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷规定为电荷。(2)电荷间的相互作用:同种电荷相互,异种电荷相互。(3)电荷量:电荷的多少称为电荷量。在国际单位制中,电荷量的单位是,简称,符号为。正负排斥吸引库仑库C
2.物体的带电方式(1)摩擦起电:两个由不同物质组成的物体互相摩擦时,两个物体会带上等量异种电荷。(2)接触起电:当一个带电体接触导体时,部分电荷转移到导体上,使导体带电。(3)感应起电:受附近带电体影响而使导体上的的现象称为静电感应。利用静电感应使金属导体带电的方式称为感应起电。电荷重新分布3.验电器(1)原理:当带电的橡胶棒与验电器的金属球接触时,有一部分电荷转移到验电器上,与金属球相连的金属箔片带上同种电荷,因相互排斥而张开。(2)应用:检验物体是否带电;估测物体带电多少。
想一想用丝绸摩擦过的玻璃棒和摩擦过的琥珀分别去接触碎纸屑和羽毛。能观察到什么现象?怎样解释?提示摩擦过的玻璃棒能够吸引碎纸屑,摩擦过的琥珀能够吸引羽毛;原因是摩擦过的玻璃棒和琥珀都带了电,带电体能吸引轻小物体。
二、产生静电的微观解释1.物质的微观结构物质由分子、原子等微粒组成。原子由带正电的原子核和带负电的电子组成。原子核由呈电中性的中子和带正电的质子组成。一个电子的电荷量与一个质子的电荷量数值相同,约为C,原子的电子数与质子数相等,因此物体不显电性。2.电荷守恒定律大量事实证明,电荷既不能被,也不能被,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。在转移的过程中,电荷的不变。60×10-19创造消灭总量
3.产生静电的实质(1)摩擦起电的实质:两个由不同物质组成的物体相互摩擦时,由于摩擦力做功,一个物体中某些原子的电子获得了能量,挣脱了原子核的束缚,转移到另一个物体上。根据电荷守恒定律,从整体上看,一个物体失去了电子带,另一个物体就得到了电子带。(2)感应起电的实质:在带电体所带电荷的作用下,从导体的一部分转移到了另一部分。正电负电自由电荷
易错辨析判一判(1)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷,说明通过摩擦可以创造电荷。()(2)不带电的物体一定没有电荷。()×丝绸和玻璃棒相互摩擦后,由于摩擦力做功,玻璃棒中的电子获得能量转移到丝绸上,玻璃棒因失去电子而带正电,丝绸因获得电子而带等量的负电,因此摩擦没有创造电荷。×呈电中性的物体内,带正电的质子和带负电的电子所带电荷量数值相同,因而物体对外不显电性。
(3)玻璃棒和丝绸摩擦后玻璃棒带正电,说明丝绸上的正电荷移动到玻璃棒上。()(4)甲物体带有+1C电荷,乙物体带有-3C电荷,甲的电荷量大于乙的电荷量。()(5)感应起电过程仍符合电荷守恒定律。()×移动的是核外电子,玻璃棒和丝绸摩擦时,电子会由玻璃棒转移到丝绸上,所以玻璃棒带了正电。×正负号表示电荷的电性,比较电荷量多少时只能看带电荷量的数量,与正负无关。√
即学即用练一练人站在绝缘板上,手扶着起电机,头发竖起来,则头发带电的方式属于()A.摩擦起电B.接触起电C.感应起电D.以上方式都不属于答案B解析通过接触的方式使人与起电机带同种电荷,同种电荷相互排斥,所以人的头发才会竖起来,B正确。
重难探究•能力素养全提升
探究一电荷及三种起电方式[情境探究]图甲是古老的摩擦起电机,图乙是感应起电机。结合图片思考下列问题。(1)两个绝缘体发生摩擦为什么会带上电荷;(2)感应起电能发生在绝缘体上吗?原因是什么?要点提示(1)两个绝缘体摩擦时,其中一个绝缘体失去电子,另一个绝缘体得到电子,分别带上了正、负电荷;(2)感应起电不会发生在绝缘体上,因为绝缘体中的电子不能自由移动。
[知识归纳]三种起电方式的比较方式摩擦起电感应起电接触起电产生条件两个由不同物质组成的物体相互摩擦时带电体靠近导体时导体与带电导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,且电性与原带电体“近异远同”导体带上与带电体相同电性的电荷原因不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子得失导体内的自由电子会受到带电体上电荷的作用,向靠近或远离带电体的方向移动电荷发生转移实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移
要点笔记带电方式有三种——摩擦起电、接触带电、感应起电,三种带电方式的实质都是电子的转移。
[应用体验]典例1(多选)如图所示,A、B为相互接触的用绝缘柱支撑的金属导体,在它们的下部贴有金属箔片,起初它们不带电。C是带正电的小球,下列说法正确的是()A.把C靠近A时,A、B上的金属箔片都张开B.把C靠近A稳定后,先把A、B分开,然后移去C,A、B上的金属箔片仍张开C.把C靠近A稳定后,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靠近A稳定后,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
答案AB解析虽然A、B起初都不带电,但带正电的小球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A积累了负电荷,B带正电,其下部贴的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷。由于同种电荷间的斥力,所以金属箔片都张开,选项A正确;C在A、B附近时,先把A、B分开,则A、B分别带上了等量的异种电荷,移走C后,A、B上的电性和电荷量不变化,两金属箔片张开,选项B正确;如果先移走C,A、B上的感应电荷会在其相互之间力的作用下吸引而中和,不再带电,所以金属箔片都不会张开,选项C错误;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上的感应电荷完全中和,金属箔片都不会张开,选项D错误。
规律方法感应起电的分析方法(1)感应起电适用于使导体带电。(2)静电感应中,中性导体在两侧同时感应出等量异种电荷。靠近带电体的导体端,电荷与带电体异号,远离的那端,电荷与带电体同号。(3)使导体带电的方法:带电体靠近导体,使导体分成两部分,然后移走带电体。
针对训练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(不带电时闭合)。当一带正电的导体C靠近枕形导体的A端至稳定时()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C中两对金箔带同种电荷
答案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端感应出了负电荷,在B端感应出了正电荷,这并不是导体中有新的电荷,只是电荷的重新分布,金箔上带电相斥而张开,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端不再有电荷,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端所带负电便会分布在整个枕形导体上,A、B端均带有负电,两对金箔张开,选项C正确;从C选项分析看出,选项D正确。
探究二电荷守恒定律[情境探究]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,你认为哪些是正确的?①小球上原有的负电荷逐渐消失了。②在此现象中,电荷不守恒。③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。④该现象是由于电子的转移引起的,仍然遵循电荷守恒定律。
要点提示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③④正确。
[知识归纳]1.物体带电的实质电荷守恒定律的关键词是“转移”和“总量保持不变”,使物体带电不是创造了电荷,使物体不带电也不是消灭了电荷。使物体带电的实质是电荷发生了转移,也就是物体间电荷的重新分配。2.守恒的广泛性(1)电荷守恒定律和能量守恒定律一样,是自然界中最基本的规律,任何电现象都不违背电荷守恒定律。(2)电荷守恒定律另一表述是:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。要点笔记电荷不会产生也不会消灭,只能转移。
[应用体验]典例2如图所示,将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动和分布情况是()A.枕形金属导体中的正电荷向B端移动,电子向A端移动,两端带等量电荷B.枕形金属导体中电子向A端移动,正电荷不移动,两端带等量电荷C.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动,A端电荷量大D.枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动,B端电荷量大
答案B解析枕形金属导体中自由电子可以自由移动,带正电荷的是原子核,不能定向移动,由电荷守恒定律得,枕形金属导体两端电荷量相等。
针对训练2M和N都是不带电的物体,它们互相摩擦后M带正电荷1.6×10-10C,下列判断正确的是()A.在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B.摩擦的过程中电子从N转移到了MC.N在摩擦后一定带负电荷1.6×10-10CD.M在摩擦过程中失去了1.6×10-10个电子
答案C解析物体内含有带电的质子和电子,选项A错误;两个物体相互摩擦后,一个物体失去电子带正电,另一个物体得到电子带等量的负电,电子由M转移到N,选项B错误,C正确;因一个电子带电1.6×10-19C,所以1.6×10-10C中的电子个数为个,选项D错误。
学以致用•随堂检测全达标
1.人在冬天穿毛衣时很容易产生静电,这种产生静电的方式属于()A.感应起电B.接触起电C.摩擦起电D.毛衣本身就带电答案C解析感应起电的实质是在其他带电体的影响下电子从物体的一部分转移到另一部分;摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体。毛衣本身不带电,但在与皮肤摩擦时很容易产生静电,这种产生静电的方式属于摩擦起电,选项C正确。
2.(多选)关于摩擦起电现象,下列说法正确的是()A.摩擦起电使本来没有电子和质子的物体产生电子和质子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答案BD解析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,所以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,故B、D正确。
3.如图所示,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,则下列说法正确的是()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答案C解析当闭合开关S1、S2中的任何一个以后,便把大地与导体连通,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,都有电子从大地流向导体,C选项正确。
本课结束
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