2019-2020学年高中物理 第1章 静电场 第1节 静电现象及其微观解释课件 鲁科版选修3-1

第1章静电场第1节静电现象及其微观解释学习目标重点难点1.知道摩擦起电、接触带电、感应起电三种起电方式.2.能正确表述电荷守恒定律，会用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象.3.了解静电现象及其在生活、生产中的应用．会运用静电现象解决实际问题.1.物体带电的三种方式和电荷守恒定律.2.静电感应的实质和感应起电的方法.01课前自主梳理02课堂合作探究03素养拓展提升04课后巩固提升课时作业一、静电的产生1．三种起电方式：(如图)2．电荷的性质(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带_____，用毛皮摩擦过的橡胶棒带_____．(2)同种电荷互相排斥，异种电荷互相_____．3．静电感应：导体因受附近带电体的影响而_____的现象．正电负电吸引带电二、原子结构与电荷守恒1．物质的微观结构：原子由________和_____组成，原子核由_____和_____组成，原子的电子数与质子数_____，呈电中性，物体不显电性．2．电荷守恒定律电荷既不能创造，也不能消失，只能从物体的_______转移到__________，或者从__________转移到______________．在任何转移的过程中，电荷的总量_____．3．物体带电(1)实质：_____发生转移，物体内_______与_______不再相等，对外显示电性．(2)表现：失去电子的物体带_____，得到电子的物体带_____．原子核电子中子质子相等一部分另一部分一个物体另一个物体不变电子数质子数正电负电电子1．在感应起电过程中，为什么要求必须是导体，而且要先把远、近两端分开后再移走带电体？提示：只有导体中才存在自由移动的电荷，在外界带电体的影响下，电荷在导体内重新分布，近端出现异种电荷，远端出现同种电荷，若先移走带电体，导体又恢复到原来中性状态而无法起电．三、静电的应用与防护1．静电的应用：激光打印机、__________、静电除尘、__________等．2．静电的防护：印刷厂里空气保持适当的_____、油罐车车尾装有一条拖在地上的_____等．静电喷雾静电杀菌湿度铁链2.晚上脱下衣服时，有可能听见噼呖啪啦的声音，同时还能看见小火花产生．在干燥的天气里，梳头时，梳子靠近头发，头发被吸引，同时还有淅淅的响声．这是什么原因呢？提示：这是摩擦起电现象，在干燥的环境中，电荷没有及时导走，出现放电现象．三种起电方式有何异同方式内容摩擦起电感应起电接触起电产生及条件两不同绝缘体摩擦时导体靠近带电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”导体上带上与带电导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力不同而发生电子得失导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)电荷之间的相互作用实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移[特别提醒](1)感应起电只适用于导体，绝缘体中的电子因不能自由移动，而不会感应起电．(2)感应起电成功的关键在于：先分开两物体(或先断开接地线)，然后再移去带电体．[典例1](多选)如图所示，将带有负电的绝缘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，下列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．使棒与甲球瞬时接触，再移走棒D．先使乙球瞬时接地，再移走棒[思路点拨]感应起电和接触带电，都是电子的转移或重新分布．对于因静电感应而使甲、乙两球带电，其电荷能否发生中和需看操作的步骤而定．[尝试解答]带电棒与甲、乙导体球不接触，属静电感应过程；当带电棒与甲或乙球接触，则属于接触起电过程．逐项分析如下：选项诊断结论A因静电感应，甲球带正电，乙球带等量负电．两球分开后，各自的带电情况不再发生变化√B先移走棒时，甲、乙两球感应产生出来的等量异种电荷，因相互吸引而完全中和，不再显示电性.×C棒与甲球接触，会将部分负电荷传递到甲、乙两球，从而使两球都带负电.√D在移走棒之前，使乙球瞬间接地，则乙球原来因感应而产生的负电荷被导走，然后将棒移走后，因甲、乙间是接触的，所以甲球上留下的正电荷会重新分布在两球表面，使它们都带正电.√[答案]ACD感应起电的操作步骤：靠近→分离→移走，会使分离的两部分带上异种电荷．1．(多选)如图所示，有一带正电的静电计，当一金属球A靠近验电器的小球B时，验电器金箔张角减小，则()A．金属球可能不带电B．金属球可能带负电C．金属球可能带正电D．金属球一定带负电解析：验电器的金箔张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相排斥，张开角度的大小决定于两金箔带电荷量的多少．若A球带负电，靠近B球时，异种电荷相互吸引，使金箔上的正电荷逐渐“上移”(实质是金属导体内的自由电子下移与金箔上的正电荷中和，使金箔带的正电荷减少)，从而使两金箔夹角减小，B正确，同时否定C.若A不带电，在靠近B时，发生静电感应使A球电荷发生极性分布，靠近B的一端出现负的感应电荷，而背向B的一端出现正的感应电荷．A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，从而使张角减小，选项A正确，同时否定D.答案：AB电荷守恒定律1．“中性”、“中和”的本质电中性的物体是有电荷存在的，只是代数和为0，对外不显电性；电荷的中和是指电荷的种类、数量达到异号、等量时，正负电荷代数和为0.2．电荷分配规律两个完全相同的带电金属球接触，电荷重新分配：(1)若带同种电荷，总电荷量平分．(2)若带异种电荷，先中和再平分．3．物体带电的实质使物体带电不是创造电荷，使物体不带电也不是消灭电荷．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．4．守恒的广泛性电荷守恒定律同能量守恒定律一样，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，也涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律．如：由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子；一对正、负电子可同时湮没，转化为光子；一个中子可以衰变成一个质子和一个电子，在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变，因此电荷守恒定律也可以叙述为：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是不变的．[特别提醒]两个物体之间或物体的各部分之间转移的电荷是电子．[典例2]半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后移开．(1)若A、B两球带同种电荷，接触后两球的带电荷量之比为多少？(2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的带电荷量之比为多少？[思路点拨]两球带同种电荷时，总电荷量平分；两球带异种电荷时，先中和再平分．[规范解答](1)设A、B的带电荷量分别为q，则第三个小球与A接触后A的带电荷量qA′＝q/2，与B接触后B的带电荷量qB′＝(q2＋q)/2＝3q/4，故qA′∶qB′＝2∶3.(2)若A、B带异种电荷并设为q和－q，则与B接触后B的带电荷量qB′＝(q2－q)/2＝－q4，故qA′∶|qB′|＝2∶1.[答案](1)2∶3(2)2∶1电荷均分原理：外形完全相同的小球A、B各带同种电荷q1、q2，两者接触后再分开，每个小球带电q1＋q22，若两者带有异种电荷q1、q2，则接触后再分开，每个小球带电荷量为|q1－q2|2.当两球半径不同时，没有以上结论．2．(多选)有三个完全一样的绝缘金属球，A球所带电荷量为Q，B、C不带电，现要使B球带有38Q的电荷量，下列办法中可行的是()A．A与C接触分开，B与C接触分开，B与A接触分开B．A与C接触分开，B与A接触分开，B与C接触分开C．A与B接触分开，B与C接触分开D．A与B接触分开，B与C接触分开，B与A接触分开解析：由于金属球完全一样，所以两球接触分开后，每个球上的电荷平均分配，要使B球带有38Q电荷量，则可以采用两两接触分开的方法，例如把A与C接触分开，A、C各带12Q电荷量，再把B与C接触分开，B、C各带14Q电荷量，最后把A与B接触分开，这样B球就带12(12Q＋14Q)＝38Q电荷量答案：ABD静电的应用与防护1．静电应用的基本原理：异性电荷相吸引，使带电的物质微粒在电荷所产生的力的作用下，奔向并吸附到电极上．实例：静电除尘、静电喷漆、静电复印、静电植绒、静电成像等．2．静电危害产生的主要原因：静电危害起因于静电力和静电火花，静电危害中最严重的静电放电可能引起可燃物的起火和爆炸．人们常说，防患于未然，防止产生静电的措施一般都是改造起电强烈的工艺环节，采用起电较少的设备材料等．3．防止静电危害的主要方法与途径(1)尽量减少静电的产生．常用的方法是增大空气的湿度．(2)尽快把静电导走，防止静电积累．常用的最简单办法是接地．[典例3]在静电复印过程中，下列说法正确的是()A．曝光步骤中，在感光鼓上留下的字迹“静电潜像”处带正电B．“显像”步骤中，应使碳粉带正电C．“转像”步骤中，应使纸张带负电D．定影区温度要低，以免碳粉熔化使字迹模糊[思路点拨]图文资料通过激光照到感光鼓上，鼓上出现电荷组成的“潜像”，潜像经过碳粉时被吸附．[尝试解答]碳粉匣中的碳粉带负电，复印时图文资料通过激光束照射到感光鼓上，感光鼓表面没有照到的地方带有正电荷，在感光鼓上形成与图文对应的潜像，当快速转动的感光鼓上的静电潜像表面经过碳粉匣时，便吸附带负电的碳粉，“显像”出图文影像．纸张进入机器后应带正电，感光鼓上的碳粉就“转像”到纸张上．复印件要加热，碳粉才能永久地粘在纸上，故A正确．[答案]A3．为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走，下列措施中不是防止静电危害的是()A．给电脑硬件进行维修时，技师常把手在金属水龙头上触一下B．电工工具上一般带有绝缘套C．飞机轮上装搭地线D．印刷车间中保持适当的湿度答案：B某研究性学习小组的同学设计了以下实验方案来验证电荷守恒定律.实验操作步骤一：手持有机玻璃棒，用力将两块起电板快速摩擦后分开步骤二：将其中一块板插入箔片验电器上端的空心金属球(不要接触金属球)步骤三：将两块板同时插入空心金属球实验图解实验现象箔片张开箔片闭合根据以上实验过程和观察到的现象，回答下列问题：(1)步骤二的实验现象，说明__________________________________________________________________________________________________________________；(2)步骤三的实验现象，说明__________________________________________________________________________________________________________________；(3)该研究性实验________(选填“能”或“不能”)验证电荷守恒定律．[思路点拨]解答本题时应明确起电板经摩擦后的带电情况，还要理解验电器金属箔片张开和闭合的原因．[规范解答]用力将两块起电板快速摩擦后分开，两板分别带上了等量异种电荷．步骤二中金属球与箔片组成的整体发生静电感应现象，故箔片张开，步骤三中两块板同时插入空心金属球，总电荷量为零，不发生静电感应现象，故箔片不张开，该实验能验证电荷守恒定律．[答案](1)起电板使验电器感应起电(2)两块板带有等量异种电荷(3)能在电荷转移和重新分配的过程中，整个系统电荷是守恒的，实验中箔片张开后又闭合，验证了电荷守恒定律的正确性．[随堂训练]1．(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0.5cm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，下列说法正确的是()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．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受笔套的吸引力小于圆环的重力D．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和解析：选项理由正误A笔套与头发摩擦使笔套带上电√B金属箔是导体，当带电体靠近时，近端会感应出与带电体相反的电荷，远