高中物理 第1章 從富蘭克林到庫侖 1_1從閃電談起教師用書 滬科版選修1-1

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1.1　從閃電談起 課 標 導 思 1.理解摩擦起電的本質和特點．(重點) 2．知道感應起電現(xiàn)象． 3．理解電荷守恒定律，能用定律解釋起電現(xiàn)象．(難點) 4．知道閃電的本質. 一、靜電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 1．對摩擦玻璃起電的理解：電不能因摩擦而創(chuàng)生，而只是從摩擦物轉移到玻璃管，摩擦物失去的電與玻璃管獲得的電嚴格相同． 2．感應起電：用帶電體靠近絕緣導體，使絕緣導體帶電的現(xiàn)象叫做靜電感應． 二、電荷守恒規(guī)律 1．起電的實質：物體的原子是由帶負電的電子和帶正電的原子核組成．兩個物體相互摩擦時，一個物體中的電子會轉移到另一個物體上去，該物體呈現(xiàn)正電，另一物體呈現(xiàn)負電．所以，帶電是由于電子的轉移產生的． 2．電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消失，它只能從一個物體轉移到另一個物體上，或從物體的一部分轉移到另一部分，電荷的總量保持不變． 三、推動電學研究的科技發(fā)明 1．摩擦起電機 大約在1650年，德國的蓋里克發(fā)明了第一臺能產生大量電荷的摩擦起電機． 2．萊頓瓶 在1745年至1746年，物理學家克萊斯特和荷蘭萊頓大學的穆欣布羅克同時發(fā)明了一種貯存電的裝置——萊頓瓶． 摩擦起電機和萊頓瓶的發(fā)明，解決了如何獲得大量電荷和有效地貯存電荷的難題，為進一步研究電現(xiàn)象提供了強有力的實驗手段． 四、尖端放電 電荷在導體表面的分布一般是不均勻的，越是尖突的部分，電荷密度越大，也越容易放電，這稱為尖端放電． 五、富蘭克林統(tǒng)一天電與地電 1752年美國科學家富蘭克林做了一次風箏實驗，證明摩擦起電所獲電的性質和天空中的閃電是同樣的. 一、使物體帶電的三種方式 1．摩擦起電 (1)用摩擦的方法使物體帶電：兩個不同種的物體相互摩擦，其中一個物體失去電子而帶正電，另一個物體獲得電子而帶等量的負電． (2)摩擦起電的原因：不同物質組成的物體，由于原子核對核外電子的束縛能力不同，在摩擦過程中由于摩擦力做功，對核外電子的束縛能力弱的原子失去電子而帶正電，對核外電子的束縛能力強的原子獲得電子而帶負電，且兩個物體帶等量的正、負電荷． (3)摩擦起電的本質：一個物體失去電子帶正電，另一個物體得到這些電子而帶負電．即摩擦起電是物體間電荷的轉移引起的． 2．感應起電 (1)用帶電的物體靠近沒有帶電的物體，也能使沒有帶電的物體帶電．例如，將一個帶電的物體靠近一個原來沒有帶電的金屬導體，金屬內部的自由電子就會發(fā)生移動，從而在導體表面出現(xiàn)“感應電荷”． (2)感應起電時，原來不帶電的導體的兩端同時感應出等量的異種電荷，且靠近帶電體一端感應出的電荷與帶電體帶的電荷是異種電荷，遠離帶電體一端感應出的電荷與帶電體帶的電荷是同種電荷． (3)感應起電的本質：感應起電不是創(chuàng)造了電荷，而是使物體中的正、負電荷分開，使電荷從物體的一部分轉移到另一部分，即物體中發(fā)生電荷的轉移． 【特別提醒】　1.感應起電和摩擦起電的不同是前者沒有接觸而只是靠近，后者必須直接接觸. 2.感應起電過程只是導體內部的電荷重新分布使導體兩端顯出不同電性，而實質上導體仍不帶電，導體上正負電荷的數(shù)目仍然相等. 3．接觸起電 (1)用一個不帶電的物體去接觸另一個帶電的物體，帶電物體的凈電荷的一部分就會轉移到原來不帶電的物體上，使原來不帶電的物體帶電． (2)兩個完全相同的導體球發(fā)生接觸時，同種電荷總電荷量平均分配，異種電荷先中和后再平分；兩個導體球分離后，各帶等量的同種電荷(恰好中和時，兩導體球都不帶電)． (3)接觸帶電的本質：兩個物體之間發(fā)生電荷的轉移． 【深化探究】　感應起電能使物體帶電，你認為對使用的物體應有怎樣的要求？這種方式能使絕緣體帶電嗎？ 提示：感應起電中要使物體帶電，物體內的電荷必須能自由移動，在帶電體的作用下，電荷向兩端集聚，因此，物體應是導體.而絕緣體內部沒有可以自由移動的電荷，所以不能用感應的方法起電，一般可以用接觸或摩擦的方式使其帶電. 二、電荷守恒定律的理解 “起電”并不是創(chuàng)造電荷，只是電荷在不同物體或物體不同部分間的轉移．當一個物體得到電荷時，其他物體失去電荷；它所得到的電荷就是其它物體失去的電荷．任何孤立系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變．在一個系統(tǒng)的內部，電荷可以從一個物體轉移到另一個物體，但是在這個過程中系統(tǒng)的總的電荷是不改變的．這就是電荷守恒定律． 一、認識靜電現(xiàn)象 　(多選)原來甲、乙、丙三個完全相同的物體都不帶電，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1.610－15 C，丙物體帶電810－16 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(　　) 【導學號：22940000】 A．乙物體一定帶有負電荷810－16 C B．乙物體可能帶有負電荷2.410－15 C C．丙物體一定帶有正電荷810－16 C D．丙物體一定帶有負電荷810－16 C 【導析】　(1)相互摩擦后兩物體帶等量異種電荷． (2)完全相同的兩個物體接觸后帶等量的同種電荷． 【解析】　由于甲、乙、丙原來都不帶電，即都沒有凈電荷，甲、乙摩擦導致甲失去電子而帶1.610－15 C的正電荷，乙物體得到電子而帶1.610－15 C的負電荷；乙物體與不帶電的丙物體相接觸，從而使一部分負電荷轉移到丙物體上，故可知乙、丙兩物體都帶負電荷，由電荷守恒可知乙最終所帶負電荷為1.610－15 C－810－16 C＝810－16 C，故A、D正確． 【答案】　AD (1)摩擦起電和接觸起電均滿足電荷守恒定律. (2)只有完全相同的導體球接觸后等分總電量. 1．用毛皮摩擦過的硬橡膠棒，靠近一個塑料小球時(　　) A．若塑料小球被硬橡膠棒吸引，說明塑料小球必定帶正電 B．若塑料小球被硬橡膠棒吸引，說明塑料小球必定帶負電 C．若塑料小球被硬橡膠棒排斥，說明塑料小球必定帶正電 D．若塑料小球被硬橡膠棒排斥，說明塑料小球必定帶負電 【解析】　用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶負電荷，塑料小球被吸引時，塑料小球可能不帶電(帶電體能吸引輕小物體)，也可能帶正電，但塑料小球如果被排斥，則小球必定帶電，且與橡膠棒帶同種電荷． 【答案】　D 二、感應起電 　(多選)如圖111所示，將帶電棒移近兩個不帶電的導體球，兩個導體球開始時互相接觸且對地絕緣，下述幾種方法中能使兩球都帶電的是(　　) 圖111 A．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．棒的帶電量不變，兩導體球不能帶電 【導析】　理解感應起電的實質是不帶電的導體在帶電體電荷的作用下，電荷從物體的一部分轉移到另一部分，從而使導體兩端帶上等量的異種電荷． 【解析】　帶電棒靠近兩導體球時，會在甲球感應出異種電荷，乙球聚集同種電荷．此時若先分開甲、乙，再拿走棒，甲帶與帶電棒電性相反的電荷，乙?guī)c之相同的電荷；若先移走帶電棒，甲、乙兩球將呈電中性，再分開甲、乙兩球，兩球都不帶電，故選項A對，選項B錯．將帶電棒與兩球接觸，帶電棒上的電荷將轉移到兩球上，分開后兩球帶與帶電棒同種性質的電荷，故選項C對． 【答案】　AC 感應起電注意的問題 分析此類問題時，一定注意將導體分開和移走帶電體的先后順序，二者是不同的． 2．如圖112所示，將不帶電的導體A、B接觸后去靠近帶正電的帶電體C，由于靜電感應，導體A、B兩端出現(xiàn)等量異種電荷，這時先把A、B分開，然后移去C.則A、B兩導體分別帶上了________、________電荷． 圖112 【解析】　在帶電體C的正電荷作用下，導體AB上的電子做定向移動，使得A端得到電子帶負電，B端失去電子而帶正電，若先把A、B分開，再移去C，A端的電子無法再轉移回B端，使A導體帶上負電，B導體帶上正電． 【答案】　負　正 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．不帶電的導體靠近一個帶電體，導體兩端就會帶等量異號電荷 B．不帶電的物體上，既沒有正電荷也沒有負電荷 C．摩擦起電的過程中一個物體失去電子，另一個物體得到電子 D．玻璃棒與任何物體摩擦后均會帶上正電荷 【解析】　根據(jù)靜電感應的規(guī)律可知，A項正確；由物質的電結構可以否定B選項；起電的過程就是得失電子的過程，C對；玻璃棒與絲綢摩擦，玻璃棒帶正電，與其他物體摩擦就不一定了，D錯． 【答案】　AC 2．(多選)關于摩擦起電和感應起電的實質，下列說法正確的是(　　) A．摩擦起電現(xiàn)象說明了機械能可以轉化為電能，也說明通過做功可以創(chuàng)造電荷 B．摩擦起電說明電荷可以從一個物體轉移到另一個物體 C．感應起電說明電荷可以從物體的一個部分轉移到物體的另一個部分 D．感應起電說明電荷從帶電的物體轉移到原來不帶電的物體上去了 【解析】　摩擦起電的實質：兩物體互相摩擦時，束縛不緊的電子從一個物體轉移到另一個物體上．感應起電的實質：帶電體靠近導體時，由于電荷之間的相互吸引或排斥，導體中的自由電荷趨向或遠離帶電體，使靠近導體一端帶異種電荷，遠離的另一端帶同種電荷，即電荷在物體不同部分之間的轉移．根據(jù)電荷守恒定律，電荷不能被創(chuàng)生．選項B、C正確． 【答案】　BC 3．如圖113所示，當將帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導體，枕形導體上電荷的移動情況是(　　) 圖113 A．枕形金屬導體上的正電荷向B端移動，負電荷不移動 B．枕形金屬導體中的帶負電的電子向A端移動，正電荷不移動 C．枕形金屬導體中的正負電荷同時分別向B端和A端移動 D．枕形金屬導體中的正負電荷同時分別向A端和B端移動 【解析】　導體內能夠移動的是自由電子，C帶正電，導體中自由電子向A端移動，正電荷不移動． 【答案】　B 4．如圖114所示，原來不帶電的金屬導體MN，在其兩端下面都懸掛著金屬驗電箔；若使帶負電的金屬球A靠近導體的M端，可能看到的現(xiàn)象是 (　　) 【導學號：22940001】 圖114 A．只有M端驗電箔張開，且M端帶正電 B．只有N端驗電箔張開，且N端帶負電 C．兩端的驗電箔都張開，且左端帶負電，右端帶正電 D．兩端的驗電箔都張開，且兩端都帶正電或負電 【解析】　由于靜電感應，導體MN兩端分別感應出等量的異種電荷，靠近帶電體的M端帶上正電，遠離帶電體的N端帶上負電，兩端的金屬驗電箔都會張開． 【答案】　C 5．(多選)我們生活的世界是由大量物質組成的，常見的物體通常表現(xiàn)電中性，也就是說物體并沒有帶電，物體不帶電的原因是因為(　　) A．組成物體的物質中根本就沒有電荷 B．物體中包含有大量的電荷，但是沒有凈電荷 C．組成物體的物質中正、負電荷一樣多 D．以上說法均不正確 【解析】　構成物質的原子是由帶負電荷的電子和帶正電荷的原子核組成的，原子核的正電荷量與周圍電子的負電荷量一樣多，所以整個原子對外表現(xiàn)為電中性，則A錯；當包含物質的正電荷總量同負電荷總量不相等時，其電荷中和后多余的部分叫凈電荷，若物體沒帶電，則正、負電荷在數(shù)量上相等，沒有凈電荷，則B，C正確． 【答案】　BC 學業(yè)達標測評(一) (建議用時：45分鐘) 1．下列關于帶電現(xiàn)象的說法正確的是(　　) A．玻璃棒無論與什么物體摩擦都帶正電，橡膠棒無論與什么物體摩擦都帶負電 B．相互摩擦的兩個物體一定能起電 C．帶電現(xiàn)象的本質是電子的轉移，物體得到電子就一定顯負電性，失去電子就一定顯正電性 D．自然界中的電荷總量不變 【解析】　玻璃棒與絲綢摩擦后會失去電子因而帶正電，但玻璃棒與其他物體摩擦后不一定總是失去電子，因而不能確定其電性，同理也無法確定橡膠棒的電性，故A錯；并不是任意兩個物體之間摩擦時都能起電，故B錯；物體如果原來帶正電，得到電子后，可能帶正電也可能帶負電，故C錯；根據(jù)電荷守恒定律可知D對，故正確答案為D. 【答案】　D 2．(多選)下列關于物質的電結構的說法正確的是(　　) 【導學號：22940002】 A．物質是由原子組成的，原子是由帶正電的原子核和繞核旋轉的帶負電的電子組成的 B．原子核是由質子和中子組成的 C．質子帶正電，電子帶負電，中子不帶電 D．電中性的物體若內部的原子失去電子，則該物體帶了負電 【解析】　電中性的物體若內部的原子失去電子，則該物體帶了正電．故D錯誤． 【答案】　ABC 3．毛皮與橡膠棒摩擦后，毛皮帶正電，這是因為(　　) A．毛皮上的一些電子轉移到橡膠棒上 B．毛皮上的一些正電荷轉移到橡膠棒上 C．橡膠棒上的一些電子轉移到毛皮上 D．橡膠棒上的一些正電荷轉移到毛皮上 【解析】　毛皮與橡膠棒摩擦后，毛皮帶正電，是因為毛皮上的一些電子轉移到橡膠棒上，從而使橡膠棒帶負電，故A正確． 【答案】　A 4．在晴朗干燥的冬日里，如果用塑料梳子梳干燥的頭發(fā)，會發(fā)現(xiàn)頭發(fā)越梳越蓬松，其主要原因是(　　) A．梳頭時，空氣進入頭發(fā) B．頭發(fā)和梳子摩擦后，頭發(fā)帶同種電荷相互排斥 C．梳子對頭發(fā)有力的作用 D．梳頭時，頭發(fā)的毛囊會收縮 【解析】　頭發(fā)蓬松的原因是梳子和頭發(fā)摩擦后，頭發(fā)帶同種電荷相互排斥． 【答案】　B 5．(多選)關于摩擦起電現(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子的物體中產生電子和質子 B．兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后，同時帶上等量異種電荷 C．摩擦起電，可能是因為摩擦導致質子從一個物體轉移到了另一個物體而形成的 D．絲綢摩擦玻璃棒時，電子從玻璃棒上轉移到絲綢上，玻璃棒因質子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電 【解析】　兩種不同材料的絕緣體相互摩擦，使電子發(fā)生轉移．失去電子的帶正電，得到電子的帶負電，質子并不發(fā)生轉移，而且相互摩擦的兩個物體同時帶上等量異種電荷，故B、D均正確． 【答案】　BD 6．甲、乙兩個原來不帶電的物體相互摩擦(沒有第三者參與)，結果發(fā)現(xiàn)甲物體帶了1.610－15 C的電荷量(正電荷)，下列說法正確的是(　　) A．乙物體也帶了1.610－15 C的正電荷 B．甲物體失去了104個電子 C．乙物體失去了104個電子 D．甲、乙兩物體共失去了2104個電子 【解析】　甲、乙兩個物體相互摩擦，甲帶1.610－15 C的正電荷，那么由電荷守恒定律可知，乙應帶1.610－15 C的負電荷，即甲失去了104個電子，乙得到了104個電子，所以正確的選項是B. 【答案】　B 7．如圖115所示，兩個帶電球，大球的電荷量大于小球的電荷量，可以肯定(　　) 【導學號：22940003】 圖115 A．兩球都帶正電 B．兩球都帶負電 C．大球受到的靜電力大于小球受到的靜電力 D．兩球受到的靜電力大小相等 【解析】　由圖中小球向右傾斜可知，小球受斥力作用，兩球帶同種電荷，但無法確定是哪種電荷，故A、B均錯誤；由牛頓第三定律知兩球間的靜電力大小相等，方向相反，故C錯誤，D正確． 【答案】　D 8．三個導體，其中一個帶正電，兩個不帶電．思考下列問題： (1)能不能使后兩者都帶上正電荷？ (2)能不能使后兩者都帶上負電荷？ (3)能不能使后兩者分別帶上等量的異種電荷？ 【解析】　(1)用接觸帶電的方式． (2)讓不帶電的兩導體互相接觸，將帶電導體接近它們，使它們分別感應出正、負電荷；然后將帶正、負電荷的導體分離，用手接觸帶正電荷的導體，將正電荷導走；最后讓不帶電的導體與帶負電的導體接觸，使兩者都帶上負電荷． (3)讓不帶電的兩導體互相接觸，將帶正電導體移近它們，然后把它們分開，移走帶正電導體． 【答案】　見解析 9．半徑相同的兩個金屬小球A、B帶有相等的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個半徑相同的不帶電的金屬小球先后與A、B兩球接觸后移開． (1)若A、B兩球帶有同種電荷時，則接觸后兩球所帶電荷量之比為________． (2)若A、B兩球帶有異種電荷時，則接觸后兩球所帶電荷量之比為_________． 【解析】　設A、B原先所帶電荷量均為q，帶同種電荷時，不帶電小球先接觸A后，電荷量平分，原不帶電小球帶電荷量為，A帶電荷量為，原不帶電小球再與B接觸，總電荷量平分，＝q，原不帶電小球與B均帶電荷量為q，所以電荷量之比為∶q＝2∶3.帶異種電荷時，A帶電荷量為，B帶電荷量為＝，即原不帶電小球與B帶異種電荷，先中和后再平分，所以電荷量之比為2∶1. 【答案】　(1)2∶3　(2)2∶1 會跳舞的紙人 在干燥的桌面上放置一些“小紙人”，將一塊玻璃兩邊用書支起平放在“小紙人”的正上方．當用硬泡沫塑料在玻璃上表面來回摩擦時，會發(fā)現(xiàn)“小紙人”能翩翩起舞，如果實驗前用一根火柴將“跳舞區(qū)”烤烤，實驗效果會更好．如果向“跳舞區(qū)”哈一口氣，“小紙人”就跳得不活躍或不能跳舞了． 為什么“小紙人”會在被摩擦的玻璃下翩翩起舞呢？為什么實驗前用一根火柴將“跳舞區(qū)”烤烤或者哈氣會影響實驗效果呢？ 在用硬泡沫塑料在玻璃上表面來回摩擦時，可以使玻璃帶上電荷，玻璃對下面的“小紙人”產生吸引作用．當吸引力大于“小紙人”的重力時，“小紙人”會飛起來；當吸引力小于其重力時，“小紙人”又落下來，由于硬泡沫塑料在玻璃上來回摩擦，使得電荷在玻璃上的分布也隨著變化，對不同位置的“小紙人”的吸引力也不斷變化，因此我們看到了“小紙人”時起時落、翩翩起舞的現(xiàn)象． 用一根火柴將“跳舞區(qū)”烤烤，空氣濕度小，此時空氣是不良導體，物體上的電荷不容易被導走，物體帶電荷量增多，實驗效果明顯；如果向“跳舞區(qū)”哈一口氣會使“跳舞區(qū)”空氣變得潮濕，空氣很容易將電荷導走一部分，物體上電荷量減少，實驗效果不明顯．