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(zhì)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(zhì). 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(zhuǎn)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(zhì)：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(zhuǎn)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(zhuǎn)移產(chǎn)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(zhuǎn)移到另一個物體上，或從物體的一部分轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)：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(zhuǎn)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(nèi)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(zhì)：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(zhuǎn)移到另一部分，即物體中發(fā)生電荷的轉(zhuǎn)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(nèi)部的電荷重新分布使導體兩端顯出不同電性，而實質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)：兩個物體之間發(fā)生電荷的轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)部，電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)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?qū)⒊孰娭行裕俜珠_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(zhuǎn)移到兩球上，分開后兩球帶與帶電棒同種性質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)的電結(jié)構(gòu)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(guān)于摩擦起電和感應起電的實質(zhì)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移到原來不帶電的物體上去了 【解析】　摩擦起電的實質(zhì)：兩物體互相摩擦時，束縛不緊的電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上．感應起電的實質(zhì)：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(zhuǎn)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(nèi)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(zhì)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(zhì)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(zhì)中正、負電荷一樣多 D．以上說法均不正確 【解析】　構(gòu)成物質(zhì)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(zhì)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(guān)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(zhì)是電子的轉(zhuǎn)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(guān)于物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)的說法正確的是(　　) 【導學號：22940002】 A．物質(zhì)是由原子組成的，原子是由帶正電的原子核和繞核旋轉(zhuǎn)的帶負電的電子組成的 B．原子核是由質(zhì)子和中子組成的 C．質(zhì)子帶正電，電子帶負電，中子不帶電 D．電中性的物體若內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)移到橡膠棒上 B．毛皮上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到橡膠棒上 C．橡膠棒上的一些電子轉(zhuǎn)移到毛皮上 D．橡膠棒上的一些正電荷轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(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，同時帶上等量異種電荷 C．摩擦起電，可能是因為摩擦導致質(zhì)子從一個物體轉(zhuǎn)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(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 【解析】　兩種不同材料的絕緣體相互摩擦，使電子發(fā)生轉(zhuǎn)移．失去電子的帶正電，得到電子的帶負電，質(zhì)子并不發(fā)生轉(zhuǎn)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(jié)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(shè)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(chǎn)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．