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第1節　靜電的產生及其微觀解釋
[學習目標]
1.知道使物體帶電的幾種方式。
2.理解電荷守恒定律的內容。
3.運用原子結構模型和電荷守恒的知識分析靜電現象。
4.通過實驗，觀察并分析靜電現象。
[基礎梳理]
一、靜電的產生
1.電荷
(1)電荷量：電荷的多少。在國際單位制中，電荷量的單位為庫侖，簡稱庫，符號為C。
(2)電荷間的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。
2.摩擦起電：當兩個由不同物質組成的物體互相摩擦時，一個物體中某些原子的電子掙脫了原子核的束縛，轉移到另一個物體上，于是原來呈電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶等量的正電。
3.接觸起電：當一個帶電體接觸導體時，電荷會發生轉移，使導體也帶電。
4.感應起電：當一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導體中的自由電子便會靠近或遠離帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠離帶電體的一端帶同號電荷，這種現象叫做靜電感應。利用靜電感應使金屬導體帶電的過程叫做感應起電。
二、產生靜電的微觀解釋
1.電荷守恒定律
表述：電荷既不能被創造，也不能被消滅，只能從物體的一部分轉移到另一部分，或者從一個物體轉移到另一個物體。在轉移過程中，電荷的總量不變。
2.摩擦起電的實質：兩個不同物質組成的物體相互摩擦，由于摩擦力做功，一個物體中的電子獲得能量，掙脫原子核的束縛轉移到另一個物體上。根據電荷守恒定律，一個物體失去電子帶正電，另一個物體得到電子帶負電。
3.感應起電的實質是在附近帶電體所帶電荷的作用下，導體中的自由電荷從導體的一部分轉移到了另一部分。
三、驗電器的構造、原理及用途
1.構造
2.原理
金屬箔片帶同種電荷后，由于同種電荷相互排斥而張開。
3.應用
(1)檢驗物體是否帶電。
(2)物體帶電的種類。
【易錯提醒】
1.摩擦起電適用于絕緣體，接觸起電和感應起電適用于導體。
2.物體帶電的實質是電荷發生了轉移，或物體間電荷的重新分配。
3.一個與外界沒有電荷交換的系統，電荷的代數和保持不變。
[能力拓展]
一、三種起電方式的比較
方式 內容 摩擦起電 感應起電 接觸起電
產生條件 兩不同絕緣體摩擦時 導體靠近帶電體時 導體與帶電體接觸時
現象 兩物體帶上等量異種電荷 導體兩端出現等量異種電荷 導體帶上與帶電體電性相同的電荷
二、產生靜電的微觀解釋
1.對電荷守恒定律的理解
電荷守恒定律是自然界最基本的規律之一，任何電現象都遵守電荷守恒定律。
實例：一個高能光子可以產生一對正、負電子，一對正、負電子可同時湮沒，轉化為光子。帶電粒子總是成對產生或湮沒，電荷的代數和不變。
2.三種帶電的微觀解釋
方式 內容 摩擦起電 感應起電 接觸帶電
微觀解釋 不同物質的原子核對核外電子的約束力不同，摩擦時電子從一物體轉移到另一物體 導體中的自由電子受到帶電體對它的排斥(或者吸引)，而移向導體的遠端(或者近端) 電荷間的相互作用，使得自由電子在帶電體和導體上轉移，且重新分布
實質 均為電荷在物體之間或物體內部的轉移
3.接觸起電現象中電荷量的分配(兩個完全相同的金屬球)
帶同種電荷(Q1和Q2)接觸后平分原來的所帶電荷的總和，即Q1′＝Q2′＝。
帶異種電荷(Q1和－Q2)接觸后先中和后平分，即Q1′＝Q2′＝。
帶等量異種電荷的兩個物體接觸時，經過電荷的轉移，物體達到電中性。
[隨堂演練]
1．用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電荷.關于絲綢的帶電狀況，下列敘述中正確的是（　　）
A．不帶電 B．帶正電荷 C．帶負電荷 D．帶電狀況具有隨機性
2．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，如圖所示，下列幾種方法中能使兩球都帶電的是（　　）
A．先把兩球分開，再移走棒
B．先移走棒，再把兩球分開
C．先將兩球分開，棒再接觸一下其中一球
D．棒帶的電荷量如果不變，不能使兩導體球帶電
3．N95口罩中起阻隔作用的關鍵層是熔噴布，熔噴布的纖維里加入了駐極體材料，它能依靠靜電感應吸附比熔噴布網狀纖維孔洞小很多的0.1μm量級或更小的微粒，從而有了更好的過濾效果。制備駐極體的一種方法是對某些電介質材料進行加熱熔化，然后在強電場中進行極化冷卻。電介質中每個分子都呈電中性，但分子內正、負電荷分布并不完全重合，每個分子可以看成是等量異號的電荷對。如圖所示，某種電介質未加電場時，分子取向隨機排布，熔化時施加水平向左的勻強電場，正、負電荷受電場力的作用，分子取向會發生一致性的變化。冷卻后撤掉電場，形成駐極體，分子取向能夠較長時間維持基本不變。這個過程就像鐵在強磁場中磁化成磁鐵的過程。根據以上信息可知，下列說法中正確的是（　?。?br/>A．駐極體通過與吸入的空氣中微粒的接觸，使得微粒帶電，從而起到吸附過濾作用
B．若放置時間過長，駐極體口罩會因電場衰減而過期，這是電荷中和的結果
C．駐極體就像一個平行板電容器，電場只存在于內部，外部沒有電場
D．上述材料冷卻后，撤去外電場，材料左邊界帶正電，右邊界帶負電
4．某同學在研究靜電感應時，用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。驗電器上感應電荷的分布情況正確的是（　?。?br/>A． B．
C． D．
5．如圖所示，兩根絕緣輕繩將兩個大小和材料均相同的帶正電小球(可視為質點)系于同一點，A球靠在絕緣墻壁上，B球保持靜止狀態．兩球所帶電荷量分別為qA=2q和qB=4q．現將B球與A球接觸后再次釋放，穩定后兩球均靜止，下列說法中正確的是（ ）
A．B球的電荷量不變
B．輕繩對B球的拉力變大
C．A、B兩球間庫侖力減小
D．A、B兩球間距離與原來兩球間距離的比值為
6．科學家在研究原子、原子核及基本粒子時，為了方便，常常用元電荷作為電量的單位，關于元電荷，下列論述中不正確的是（　?。?br/>A．把質子或電子叫元電荷
B．的電量叫元電荷
C．電子帶有最小的負電荷，其電量的絕對值叫元電荷
D．質子帶有最小的正電荷，其電量的絕對值叫元電荷
7．取一對用絕緣柱支撐的導體A和B，使它們彼此接觸，起初它們不帶電，分別貼在導體A、B下部的金屬箔均是閉合。現將用絲綢摩擦過的玻璃棒C移近導體A，回答下列問題：
(1)若先把A和B分開，然后移去C，此時A導體上的金屬箔______，B導體上的金屬箔______（填“帶正電”、“帶負電”、“不帶電”）。若再用手接觸B，此時觀察到的現象是______；
(2)若先移去C，然后把A和B分開，此時A導體金屬箔______，B導體金屬箱______（填“帶正電”、“帶負電”、“不帶電”）；
(3)A、B導體帶電的實質是______。
8．電荷量為+Q的帶電體C右側有兩個相互接觸的不帶電的金屬導體A和B，它們均放在絕緣支架上，若先將A、B分開，再移走C，則A帶______電，B帶_______電；若先將C移走，再把A、B分開，則A、B___________。
參考答案
1．C
【詳解】
用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，摩擦的過程中，其實質是電子的轉移，玻璃棒失去電子而帶正電，絲綢得到電子而帶負電。
故選C。
2．A
【詳解】
將帶電棒移近兩個不帶電的導體球，兩個導體球互相接觸，則甲的左端和乙的右端分別感應出等量異種電荷；
A．先把兩球分開，再移走棒，則兩球會帶上等量異種電荷，選項A正確；
B．先移走棒，則兩球上的感應電荷會消失，則再把兩球分開時，兩球不帶電，選項B錯誤；
C．先把兩球分開，棒再接觸一下其中一球，則只能使一球帶電，選項C錯誤；
D．由以上分析可知，選項D錯誤。
故選A。
3．D
【詳解】
A．駐極體通過靜電感應，吸附小的微粒，從而起到吸附過濾作用，故A錯誤；
B．若放置時間過長，駐極體口罩會因電場衰減而過期，這是極化電荷又變的雜亂無章的結果，故B錯誤；
C．駐極體與駐極體是有間隙的，在每個駐極體周圍都存在著電場，所有電場累加在一起相當于左右兩個極板的電場，但與平行板電容器不同的是，內部不是勻強電場，周圍也存在電場，故C錯誤；
D．根據電荷的極化，上述材料冷卻后，撤去外電場，材料左邊界帶正電，右邊界帶負電，故D正確。
故選D。
4．B
【詳解】
由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，故驗電器的上端應帶上與小球異號的電荷，而驗電器的箔片上將帶上與小球同號的電荷。
故選B。
5．D
【詳解】
A、兩個完全相同的小球接觸后帶電量平分，則兩個小球后來的帶電量：qA′＝qB′＝ ＝3q，B的帶電量減?。蔄錯誤；若二者之間的距離不變，根據庫侖定律可知庫侖力增大，所以二者之間的距離必定增大．對B球受力分析，受重力、拉力T和庫侖力F，如圖所示：
由圖可知，△ABO∽△BMN，根據平衡條件并結合相似三角形法，有：；由于AO與BO不變，小球的質量m不變，所以AB之間的距離增大時，繩子的拉力T不變；由上式可得：F= AB；設開始時AB之間的即可為L，接觸后AB之間的距離為L′，則開始時：；后來平衡時：；又：F1＝ L，F2＝ L′；聯立可得：L′＝L，故B C錯誤．D正確；故選D．
6．A
【詳解】
ACD．由元電荷定義：將電子或質子所帶電量的絕對值稱為元電荷，而不是把質子或電子叫元電荷，故A 錯誤，符合題意，CD正確，不符合題意；
B．的電量叫元電荷，故B正確，不符合題意。
故選A。
7．帶負電 帶正電 B導體的金屬箔閉合 不帶電 不帶電 電子轉移（或電荷轉移）
【詳解】
絲綢摩擦過的玻璃棒C帶正電荷，導體A、B接觸在一起時，處在正電荷的電場中，由于靜電感應，導體A的左端感應出負電荷，導體B的右端感應出正電荷，且電荷量相等，所以導體兩端的金屬箔都張開，且左端帶負電，右端帶正電。
(1)[1][2][3] 若先把A和B分開，然后移去C，導體A、B的電荷不能中和，故A導體上的金屬箔帶負電，B導體上的金屬箔帶正電，若用手接觸B則將B導體的正電荷中和而不再帶電，故此時觀察到的現象是B導體的金屬箔閉合；
(2)[4][5] 若先移去C，導體A和導體B上的正負電荷中和，均不再帶電，故A、B導體金屬箔均不帶電；
(3)[6] A、B導體帶電的實質是電子轉移（或電荷轉移）。
8．負 正 不帶電
【詳解】
[1] [2]由于同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，在C的作用下，會使A端帶上負電荷，B端帶上正電荷，這時將A、B分開，A帶負電荷，B帶正電荷。
[3] 若先將C移走，A端所帶負電荷與B端所帶正電荷由全部中和，再將A、B分開，A、B都不帶電。

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