一、各種起電方式【情境思考】
以上四個圖,均發(fā)生了帶電現(xiàn)象,物體帶電是怎么回事?電荷有哪些特性?怎樣使物體帶上電呢?提示:物體帶電是發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移;同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引;可以通過摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電的方式使物體帶電。
1.摩擦起電:兩個物體相互摩擦?xí)r,_____從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,原來呈電中性的物體由于_____電子而帶負(fù)電,_____電子的物體則帶正電。
2.感應(yīng)起電:(1)自由電子:金屬中離原子核_____的能脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動的電子。(2)靜電感應(yīng):當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時,由于電荷間相互___________,導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶_____電荷,遠(yuǎn)離帶電體的一端帶_____電荷的現(xiàn)象。(3)感應(yīng)起電:利用_________使金屬導(dǎo)體帶電的過程。
3.接觸起電:帶電體接觸導(dǎo)體時,電荷轉(zhuǎn)移到導(dǎo)體上,使導(dǎo)體帶同種性質(zhì)的電荷。
二、元電荷1.兩種電荷:(1)正電荷:和用絲綢摩擦過的_______所帶的電荷性質(zhì)一樣的電荷。(2)負(fù)電荷:和用毛皮摩擦過的_______所帶的電荷性質(zhì)一樣的電荷。
2.元電荷:(1)電荷量:用來表示物體所帶_____的多少,其單位是_____,簡稱庫,用符號__表示。(2)元電荷:①最小的_______叫作元電荷,用e表示,計算中,常取e=1.60×10-19 C。②對元電荷的三點(diǎn)理解:a.元電荷沒有正、負(fù)之分,也不是實物粒子;b.質(zhì)子及電子所帶電荷量的絕對值與元電荷_____,但不能說它們是元電荷;c.電荷量不能_____變化,自然界中帶電體的電荷量都是元電荷e的_____倍。
3.比荷:帶電粒子的_______與質(zhì)量的比叫作比荷。雖然電荷有正負(fù),但這里的電荷量取絕對值,因此比荷只有正數(shù)。電子的比荷為 =1.76×1011 C/kg。
三、電荷守恒定律1.內(nèi)容:電荷既不會_____,也不會_____,它只能從一個物體_____到另一個物體,或者從物體的一部分_____到另一部分;在轉(zhuǎn)移過程中,電荷的總量保持_____,這個結(jié)論叫作電荷守恒定律。
2.在發(fā)生正、負(fù)電荷產(chǎn)生或湮沒的過程中,電荷的代數(shù)和不變,所以電荷守恒定律的另一種表述是:一個與外界沒有電荷_____的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和保持_____。
四、靜電現(xiàn)象的解釋1.摩擦起電的實質(zhì)是_____從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。2.靜電感應(yīng)的實質(zhì)是_____從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。3.電荷既不能被_____,也不能被_____,只是發(fā)生了轉(zhuǎn)移。
【易錯辨析】(1)用絲綢摩擦玻璃棒,玻璃棒帶正電,證明正電荷從絲綢轉(zhuǎn)移到玻璃棒上。( )(2)摩擦起電的過程是電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體的過程。( )(3)原來不帶電的絲綢和玻璃棒相互摩擦后分別帶上了異種電荷,說明通過摩擦可以創(chuàng)造電荷。( )(4)電子的電荷量e的數(shù)值最早是由庫侖通過實驗測出的。( )(5)元電荷就是質(zhì)子或電子。( )(6)所有帶電體的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍。( )
知識點(diǎn)一　三種起電方式的比較
【問題探究】(教材二次開發(fā)·P6[練習(xí)]T1改編)如圖所示,取一對用絕緣柱支撐的導(dǎo)體A和B,使它們彼此接觸。起初它們不帶電,貼在下部的金屬箔片是閉合的。探討:(1)把帶正電荷的物體C移近導(dǎo)體A,金屬箔片有什么變化?(2)這時把A和B分開,然后移去C,金屬箔片又有什么變化?(3)再讓A和B接觸,又會看到什么現(xiàn)象?(4)再把帶正電物體C和A接觸,金屬箔片又有什么變化?
提示:(1)C移近導(dǎo)體A,兩側(cè)金屬箔片都張開;(2)金屬箔片仍張開;(3)A、B接觸,金屬箔片都閉合;(4)兩側(cè)金屬箔片都張開。
【典例示范】如圖所示,當(dāng)將帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導(dǎo)體AB時,枕形導(dǎo)體上的電荷移動情況是(　　)A.正電荷向B端移動,負(fù)電荷不移動B.帶負(fù)電的電子向A端移動,正電荷不移動C.正、負(fù)電荷同時分別向B端和A端移動D.正、負(fù)電荷同時分別向A端和B端移動
【解析】選B。金屬導(dǎo)電的實質(zhì)是自由電子的移動,即枕形金屬導(dǎo)體中的自由電子向A端移動,正電荷不移動。故B正確,A、C、D錯誤。
【素養(yǎng)訓(xùn)練】(多選)(母題追問)在【典例】中若把C改成帶負(fù)電的小球,如圖所示,置于枕形金屬導(dǎo)體AB附近,導(dǎo)體的A端感應(yīng)出正電荷,B端感應(yīng)出負(fù)電荷。關(guān)于使導(dǎo)體帶電的以下說法中正確的是(　　)
A.如果用手摸一下導(dǎo)體的B端,B端自由電子將經(jīng)人體流入大地,手指離開,移去帶電體C,導(dǎo)體帶正電B.如果用手摸一下導(dǎo)體的A端,大地的自由電子將經(jīng)人體流入導(dǎo)體與A端的正電荷中和,手指離開,移去帶電體C,導(dǎo)體帶負(fù)電C.如果用手摸一下導(dǎo)體的中間,由于中間無電荷,手指離開,移去帶電體C,導(dǎo)體不帶電D.無論用手摸一下導(dǎo)體的什么位置,導(dǎo)體上的自由電子都經(jīng)人體流入大地,手指離開,移去帶電體C,導(dǎo)體帶正電
【解析】選A、D。無論用手摸一下導(dǎo)體的什么位置,都會使枕形導(dǎo)體通過人體與大地相連,由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體上的自由電子將經(jīng)人體流入大地,使得導(dǎo)體帶正電,手指離開,移去帶電體C,導(dǎo)體帶正電,故選A、D。
【加固訓(xùn)練】如圖所示,用絲綢摩擦過的玻璃棒和驗電器的金屬球接觸,使驗電器的金屬箔片張開,關(guān)于這一現(xiàn)象下列說法 正確的是(　　)A.兩片金屬箔片上帶異種電荷B.兩片金屬箔片上均帶負(fù)電荷C.箔片上有電子轉(zhuǎn)移到玻璃棒上D.將玻璃棒移走,則金屬箔片立即合在一起
【解析】選C。自然界只存在兩種電荷,正電荷和負(fù)電荷,絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電,即缺少電子,若將其接觸驗電器的金屬球,此時兩個箔片帶同種電荷,即帶正電荷;在此過程中,一部分電子會從驗電器的金屬球轉(zhuǎn)移到玻璃棒;移走玻璃棒時,箔片仍帶電,不會立即合在一起,選項C正確。
知識點(diǎn)二　電荷守恒定律　電荷分配規(guī)律1.“中性”與“中和”的理解:(1)中性:物體內(nèi)有電荷存在,但正、負(fù)電荷的絕對值相等,對外不顯電性。(2)中和:兩個帶有等量異種電荷的帶電體相遇達(dá)到電中性的過程。
2.兩金屬導(dǎo)體接觸后電荷量的分配規(guī)律:(1)當(dāng)兩個帶同種電荷的導(dǎo)體,材料、形狀不同時,接觸后再分開,只能使兩者均帶電,但無法確定電荷量的多少。(2)若使兩個完全相同的金屬球帶電荷量大小分別為q1、q2,則有
【問題探究】甲、乙兩同學(xué)各拿一帶電小球,做實驗時不小心兩小球接觸了一下,結(jié)果兩小球都沒電了!討論:(1)電荷到哪里去了呢?是否違背了電荷守恒定律?(2)兩帶電導(dǎo)體接觸后,電荷量一定相同嗎?
提示:(1)兩球上的異種電荷中和了,即正、負(fù)電荷代數(shù)和為0,對外不顯電性;沒有違背電荷守恒定律。(2)不一定。
【典例示范】【典例】有兩個完全相同的帶電絕緣金屬球A、B,分別帶有電荷量QA=6.4×10-9 C,QB=-3.2×10-9 C,讓兩絕緣金屬球接觸。在接觸后,A、B帶電荷量各是多少?此過程中電荷發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移了多少?
【解析】當(dāng)兩球接觸時,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。由于兩球相同,剩余正電荷必均分,即接觸后兩球帶電荷量QA′=QB′= =1.6×10-9 C。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′的正電荷。這樣,共減少的電子電荷量為:Q減=QB-QB′=(-3.2×10-9-1.6×10-9) C=-4.8×10-9 C。答案:均為1.6×10-9 C　電子由B球轉(zhuǎn)移到了A球,轉(zhuǎn)移了4.8×10-9 C
【素養(yǎng)訓(xùn)練】(多選)原來甲、乙、丙三物體都不帶電,今使甲、乙兩物體相互摩擦后,乙物體再與丙物體接觸,最后,得知甲物體帶正電荷1.6×10-15 C,丙物體帶電荷量的大小為8×10-16 C。則對于最后乙、丙兩物體的帶電情況,下列說法中正確的是(　　)A.乙物體一定帶有負(fù)電荷8×10-16 CB.乙物體可能帶有負(fù)電荷2.4×10-15 CC.丙物體一定帶有正電荷8×10-16 CD.丙物體一定帶有負(fù)電荷8×10-16 C
【解析】選A、D。由于甲、乙、丙原來都不帶電,即都沒有凈電荷,甲、乙摩擦導(dǎo)致甲失去電子帶1.6×10-15 C的正電荷,乙物體得到電子而帶1.6×10-15 C的負(fù)電荷;乙物體與不帶電的丙物體相接觸,從而使一部分負(fù)電荷轉(zhuǎn)移到丙物體上,故可知乙、丙兩物體都帶負(fù)電荷,由電荷守恒可知乙最終所帶負(fù)電荷為1.6×10-15 C-8×10-16 C=8×10-16 C,故A、D正確。
【加固訓(xùn)練】(多選)已知驗電器帶上正電荷后,驗電器上的金箔張開了一定角度,下列說法正確的是(　　)A.如果用另一帶電體接觸驗電器的金屬球,金箔張角更大,則可以判定帶電體一定帶正電
B.如果用另一帶電體接觸驗電器的金屬球,金箔張角變小,則可以判定帶電體一定帶負(fù)電C.如果用另一帶電體接觸驗電器的金屬球,金箔張角先變小后變大,則可以判定帶電體一定帶負(fù)電D.如果用另一導(dǎo)體靠近驗電器的金屬球,金箔張角變大,則可以判定導(dǎo)體一定帶負(fù)電
【解析】選A、C。驗電器上帶正電荷后,驗電器上的金箔張開一定角度,如果用另一個帶電體接觸驗電器的金屬球,金箔張角變大,說明電荷量變大,則帶電體一定帶正電,故A正確;如果用另一帶電體接觸驗電器的金屬球,金箔張角變小,則帶電體可能帶負(fù)電,也可能不帶電,也可能帶正電,但電荷量較小,故B錯誤;如果用另一帶電體接觸驗電器的金屬球,金箔張角先變小后變大,則可以判定帶電體帶負(fù)電,接觸時電荷量先中和后平分,故C正確;如果用另一導(dǎo)體靠近驗電器的金屬球,金箔張角變大,是由于靜電感應(yīng),同種電荷相斥,金屬箔上的正電荷增加,張角增大,故導(dǎo)體帶正電,D錯誤。
【拓展例題】考查內(nèi)容:驗電器的原理和應(yīng)用【典例】(多選)某驗電器金屬小球和金屬箔均帶負(fù)電,金屬箔處于張開狀態(tài)?，F(xiàn)用絕緣柄將帶有少量負(fù)電荷的硬橡膠棒向驗電器的金屬小球稍許移近,則驗電器金屬箔(　　)A.張角稍許增大B.張角稍許減小C.硬橡膠棒的稍許靠近,致使小球上的電子向金屬箔移動D.硬橡膠棒的稍許靠近,致使金屬箔上的質(zhì)子向金屬小球移動
【解析】選A、C。硬橡膠棒稍許靠近金屬小球時,負(fù)電荷間產(chǎn)生排斥力,致使小球上電子向金屬箔上移動。而金屬箔上質(zhì)子即使受到吸引力也無法移動。金屬小球上電子向金屬箔上聚集,金屬箔上負(fù)電荷增多,兩金屬箔片間排斥力增大,故兩金屬箔片間張角增大。
【生活情境】中央電視臺某節(jié)目中介紹說,蜜蜂在飛行過程中與空氣摩擦產(chǎn)生靜電,因此蜜蜂在飛行中就可以吸引帶正電的花粉。探究:(1)蜜蜂本身帶什么電荷?(2)蜜蜂飛行過程中,電荷如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)移?
【解析】(1)蜜蜂飛行過程可以吸引帶正電的花粉,蜜蜂本身帶負(fù)電。(2)蜜蜂在飛行過程中與空氣摩擦產(chǎn)生靜電,蜜蜂帶負(fù)電,說明摩擦過程中,空氣中的電子轉(zhuǎn)移到蜜蜂身上。答案:見解析
【生產(chǎn)情境】干燥的天氣里一個人脫了鞋在地毯上走,身上聚集了-4.8×10-5 C的電荷。已知電子質(zhì)量me=9.1×10-31 kg,電子電荷量e=-1.6×10-19 C。探究:(1)多少個電子的電荷量等于-3.2×10-5 C?(2)此人身上有多少個剩余電子?(3)他的質(zhì)量增加了多少?
【解析】(1)每個電子電荷量為e=-1.6×10-19 C,則-3.2×10-5 C的電量需要的電子為n= =2×1014個。(2)此人身上有電子為n′= =3×1014個。
(3)電子質(zhì)量me=9.1×10-31 kg,所以他的質(zhì)量增加m=3×1014×9.1×10-31 kg=2.73×10-16 kg。答案:(1)2×1014個　(2)3×1014個　(3)2.73×10-16 kg
1.以下關(guān)于靜電現(xiàn)象的說法錯誤的是(　　)A.穿著化纖服裝的人在晚上脫衣服時?？吹介W光并伴有輕微的“噼啪”聲,這是由摩擦起電所造成的現(xiàn)象B.脫化纖服裝時,由于摩擦起電產(chǎn)生的電壓可能高達(dá)幾千伏C.摩擦起電產(chǎn)生的電壓總是很低的,因此不會對人造成傷害D.脫化纖服裝時,由于摩擦起電產(chǎn)生的靜電能量很微小,通常不會對人造成傷害
【解析】選C。穿著化纖服裝的人在晚上脫衣服時,常會看到“閃光”并伴有輕微的“噼啪”聲,這是由于衣服和衣服、衣服和皮膚摩擦起電所造成的現(xiàn)象,A正確。摩擦起電有的電壓高,有的電壓低,出現(xiàn)“噼啪”聲大約有上萬伏的電壓了,B正確,C錯誤。脫化纖服裝時,雖然摩擦起電產(chǎn)生的電壓高,但是電流很小,通常不會對人造成傷害,D正確。因選錯誤選項,故選C。
2.(多選)將一帶負(fù)電的通過絕緣支架支撐的金屬小球置于潮濕的空氣中,經(jīng)過一段時間后,發(fā)現(xiàn)該小球上帶的負(fù)電荷幾乎不存在了。這說明(　　)A.小球上原有的負(fù)電荷徹底消失了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)象是由電子轉(zhuǎn)移引起的,仍然遵循電荷守恒定律
【解析】選C、D。金屬小球上的負(fù)電荷減少是由于電子通過潮濕的空氣轉(zhuǎn)移到外界,但是這些電子并沒有徹底消失,就小球和整個外界組成的系統(tǒng)而言,其電荷的總量仍保持不變,仍遵循電荷守恒定律,故A、B錯誤,C、D正確。
3.使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器,驗電器的金屬箔片張開,如圖表示驗電器上感應(yīng)電荷的分布情況,正確的是(　　)
【解析】選B。把帶電金屬球靠近不帶電的驗電器,會改變驗電器上的電荷分布;由于電荷間同性相斥、異性相吸,使得驗電器上靠近帶電金屬球的一端和金屬球電性相反,而遠(yuǎn)離帶電金屬球的一端和金屬球電性相同,故選項B正確。
【加固訓(xùn)練】如圖所示,有一帶正電的驗電器,將不帶電的金屬球A接觸驗電器的小球B時,驗電器的金箔張角(　　) A.變大　　　B.變小C.不變D.先變小,后變大
【解析】選B。有一帶正電的驗電器,將不帶電的金屬球A接觸驗電器的小球B時,金屬球A將帶正電,根據(jù)電荷守恒定律有,驗電器的電荷減小,驗電器的金箔張角減小,故B正確,A、C、D錯誤。
4.如圖所示,左邊是一個原先不帶電的導(dǎo)體,右邊C是后來靠近的帶正電的導(dǎo)體球,若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導(dǎo)體切開,導(dǎo)體分為A、B兩部分,這兩部分所帶電荷量的數(shù)值分別為QA、QB,則下列結(jié)論正確的是(　　) A.沿虛線d切開,A帶負(fù)電,B帶正電,且QA>QBB.只有沿虛線b切開,才有A帶正電,B帶負(fù)電,且QA=QBC.沿虛線a切開,A帶正電,B帶負(fù)電,且QA

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