高中物理从富兰克林到库仑从闪电谈起教师用书沪科版

1.1 从闪电谈起课标导思1.理解摩擦起电的本质和特点．(重点)2．知道感应起电现象．3．理解电荷守恒定律，能用定律解释起电现象．(难点)4．知道闪电的本质.1．对摩擦玻璃起电的理解：电不能因摩擦而创生，而只是从摩擦物转移到玻璃管，摩擦物失去的电与玻璃管获得的电严格相同．2．感应起电：用带电体靠近绝缘导体，使绝缘导体带电的现象叫做静电感应．二、电荷守恒规律1．起电的实质：物体的原子是由带负电的电子和带正电的原子核组成．两个物体相互摩擦时，一个物体中的电子会转移到另一个物体上去，该物体呈现正电，另一物体呈现负电．所以，带电是由于电子的转移产生的．2．电荷守恒定律：电荷既不能创生，也不能消失，它只能从一个物体转移到另一个物体上，或从物体的一部分转移到另一部分，电荷的总量保持不变．三、推动电学研究的科技发明1．摩擦起电机大约在1650年，德国的盖里克发明了第一台能产生大量电荷的摩擦起电机．2．莱顿瓶在1745年至1746年，物理学家克莱斯特和荷兰莱顿大学的穆欣布罗克同时发明了一种贮存电的装置——莱顿瓶．摩擦起电机和莱顿瓶的发明，解决了如何获得大量电荷和有效地贮存电荷的难题，为进一步研究电现象提供了强有力的实验手段．四、尖端放电电荷在导体表面的分布一般是不均匀的，越是尖突的部分，电荷密度越大，也越容易放电，这称为尖端放电．五、富兰克林统一天电与地电1752年美国科学家富兰克林做了一次风筝实验，证明摩擦起电所获电的性质和天空中的闪电是同样的.一、使物体带电的三种方式1．摩擦起电(1)用摩擦的方法使物体带电：两个不同种的物体相互摩擦，其中一个物体失去电子而带正电，另一个物体获得电子而带等量的负电．(2)摩擦起电的原因：不同物质组成的物体，由于原子核对核外电子的束缚能力不同，在摩擦过程中由于摩擦力做功，对核外电子的束缚能力弱的原子失去电子而带正电，对核外电子的束缚能力强的原子获得电子而带负电，且两个物体带等量的正、负电荷．(3)摩擦起电的本质：一个物体失去电子带正电，另一个物体得到这些电子而带负电．即摩擦起电是物体间电荷的转移引起的．2．感应起电(1)用带电的物体靠近没有带电的物体，也能使没有带电的物体带电．例如，将一个带电的物体靠近一个原来没有带电的金属导体，金属内部的自由电子就会发生移动，从而在导体表面出现“感应电荷”．(2)感应起电时，原来不带电的导体的两端同时感应出等量的异种电荷，且靠近带电体一端感应出的电荷与带电体带的电荷是异种电荷，远离带电体一端感应出的电荷与带电体带的电荷是同种电荷．(3)感应起电的本质：感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的正、负电荷分开，使电荷从物体的一部分转移到另一部分，即物体中发生电荷的转移．【特别提醒】 1.感应起电和摩擦起电的不同是前者没有接触而只是靠近，后者必须直接接触.2.感应起电过程只是导体内部的电荷重新分布使导体两端显出不同电性，而实质上导体仍不带电，导体上正负电荷的数目仍然相等.3．接触起电(1)用一个不带电的物体去接触另一个带电的物体，带电物体的净电荷的一部分就会转移到原来不带电的物体上，使原来不带电的物体带电．(2)两个完全相同的导体球发生接触时，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和后再平分；两个导体球分离后，各带等量的同种电荷(恰好中和时，两导体球都不带电)．(3)接触带电的本质：两个物体之间发生电荷的转移．【深化探究】感应起电能使物体带电，你认为对使用的物体应有怎样的要求？这种方式能使绝缘体带电吗？提示：感应起电中要使物体带电，物体内的电荷必须能自由移动，在带电体的作用下，电荷向两端集聚，因此，物体应是导体.而绝缘体内部没有可以自由移动的电荷，所以不能用感应的方法起电，一般可以用接触或摩擦的方式使其带电.二、电荷守恒定律的理解“起电”并不是创造电荷，只是电荷在不同物体或物体不同部分间的转移．当一个物体得到电荷时，其他物体失去电荷；它所得到的电荷就是其它物体失去的电荷．任何孤立系统的电荷总数保持不变．在一个系统的内部，电荷可以从一个物体转移到另一个物体，但是在这个过程中系统的总的电荷是不改变的．这就是电荷守恒定律．一、认识静电现象(多选)原来甲、乙、丙三个完全相同的物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体带正电1.6×10－15C，丙物体带电8×10－16C．则对于最后乙、丙两物体的带电情况下列说法中正确的是( ) 【导学号：22940000】A．乙物体一定带有负电荷8×10－16 CB．乙物体可能带有负电荷2.4×10－15 CC．丙物体一定带有正电荷8×10－16 CD．丙物体一定带有负电荷8×10－16 C【导析】(1)相互摩擦后两物体带等量异种电荷．(2)完全相同的两个物体接触后带等量的同种电荷．【解析】由于甲、乙、丙原来都不带电，即都没有净电荷，甲、乙摩擦导致甲失去电子而带1.6×10－15 C的正电荷，乙物体得到电子而带1.6×10－15 C的负电荷；乙物体与不带电的丙物体相接触，从而使一部分负电荷转移到丙物体上，故可知乙、丙两物体都带负电荷，由电荷守恒可知乙最终所带负电荷为1.6×10－15 C－8×10－16 C＝8×10－16 C，故A、D 正确．【答案】AD1摩擦起电和接触起电均满足电荷守恒定律.2只有完全相同的导体球接触后等分总电量.1．用毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近一个塑料小球时( )A．若塑料小球被硬橡胶棒吸引，说明塑料小球必定带正电B．若塑料小球被硬橡胶棒吸引，说明塑料小球必定带负电C．若塑料小球被硬橡胶棒排斥，说明塑料小球必定带正电D．若塑料小球被硬橡胶棒排斥，说明塑料小球必定带负电【解析】用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷，塑料小球被吸引时，塑料小球可能不带电(带电体能吸引轻小物体)，也可能带正电，但塑料小球如果被排斥，则小球必定带电，且与橡胶棒带同种电荷．【答案】 D二、感应起电(多选)如图1­1­1所示，将带电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，下述几种方法中能使两球都带电的是( )图1­1­1A．先把两球分开，再移走棒B．先移走棒，再把两球分开C．先将棒接触一下其中的一球，再把两球分开D．棒的带电量不变，两导体球不能带电【导析】理解感应起电的实质是不带电的导体在带电体电荷的作用下，电荷从物体的一部分转移到另一部分，从而使导体两端带上等量的异种电荷．【解析】带电棒靠近两导体球时，会在甲球感应出异种电荷，乙球聚集同种电荷．此时若先分开甲、乙，再拿走棒，甲带与带电棒电性相反的电荷，乙带与之相同的电荷；若先移走带电棒，甲、乙两球将呈电中性，再分开甲、乙两球，两球都不带电，故选项A对，选项B错．将带电棒与两球接触，带电棒上的电荷将转移到两球上，分开后两球带与带电棒同种性质的电荷，故选项C对．【答案】AC感应起电注意的问题分析此类问题时，一定注意将导体分开和移走带电体的先后顺序，二者是不同的．2．如图1­1­2所示，将不带电的导体A、B接触后去靠近带正电的带电体C，由于静电感应，导体A、B两端出现等量异种电荷，这时先把A、B分开，然后移去C.则A、B两导体分别带上了________、________电荷．图1­1­2【解析】在带电体C的正电荷作用下，导体AB上的电子做定向移动，使得A端得到电子带负电，B端失去电子而带正电，若先把A、B分开，再移去C，A端的电子无法再转移回B端，使A导体带上负电，B导体带上正电．【答案】负正1．(多选)下列说法正确的是( )A．不带电的导体靠近一个带电体，导体两端就会带等量异号电荷B．不带电的物体上，既没有正电荷也没有负电荷C．摩擦起电的过程中一个物体失去电子，另一个物体得到电子D．玻璃棒与任何物体摩擦后均会带上正电荷【解析】根据静电感应的规律可知，A项正确；由物质的电结构可以否定B选项；起电的过程就是得失电子的过程，C对；玻璃棒与丝绸摩擦，玻璃棒带正电，与其他物体摩擦就不一定了，D错．【答案】AC2．(多选)关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法正确的是( )A．摩擦起电现象说明了机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造电荷B．摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体C．感应起电说明电荷可以从物体的一个部分转移到物体的另一个部分D．感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了【解析】摩擦起电的实质：两物体互相摩擦时，束缚不紧的电子从一个物体转移到另一个物体上．感应起电的实质：带电体靠近导体时，由于电荷之间的相互吸引或排斥，导体中的自由电荷趋向或远离带电体，使靠近导体一端带异种电荷，远离的另一端带同种电荷，即电荷在物体不同部分之间的转移．根据电荷守恒定律，电荷不能被创生．选项B、C正确．【答案】BC3．如图1­1­3所示，当将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体，枕形导体上电荷的移动情况是( )图1­1­3A．枕形金属导体上的正电荷向B端移动，负电荷不移动B．枕形金属导体中的带负电的电子向A端移动，正电荷不移动C．枕形金属导体中的正负电荷同时分别向B端和A端移动D．枕形金属导体中的正负电荷同时分别向A端和B端移动【解析】导体内能够移动的是自由电子，C带正电，导体中自由电子向A端移动，正电荷不移动．【答案】 B4．如图1­1­4所示，原来不带电的金属导体MN，在其两端下面都悬挂着金属验电箔；若使带负电的金属球A靠近导体的M端，可能看到的现象是( ) 【导学号：22940001】图1­1­4A．只有M端验电箔张开，且M端带正电B．只有N端验电箔张开，且N端带负电C．两端的验电箔都张开，且左端带负电，右端带正电D．两端的验电箔都张开，且两端都带正电或负电【解析】由于静电感应，导体MN两端分别感应出等量的异种电荷，靠近带电体的M 端带上正电，远离带电体的N端带上负电，两端的金属验电箔都会张开．【答案】 C5．(多选)我们生活的世界是由大量物质组成的，常见的物体通常表现电中性，也就是说物体并没有带电，物体不带电的原因是因为( )A．组成物体的物质中根本就没有电荷B．物体中包含有大量的电荷，但是没有净电荷C．组成物体的物质中正、负电荷一样多D．以上说法均不正确【解析】构成物质的原子是由带负电荷的电子和带正电荷的原子核组成的，原子核的正电荷量与周围电子的负电荷量一样多，所以整个原子对外表现为电中性，则A错；当包含物质的正电荷总量同负电荷总量不相等时，其电荷中和后多余的部分叫净电荷，若物体没带电，则正、负电荷在数量上相等，没有净电荷，则B，C正确．【答案】BC学业达标测评(一)(建议用时：45分钟)1．下列关于带电现象的说法正确的是( )A．玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电B．相互摩擦的两个物体一定能起电C．带电现象的本质是电子的转移，物体得到电子就一定显负电性，失去电子就一定显正电性D．自然界中的电荷总量不变【解析】玻璃棒与丝绸摩擦后会失去电子因而带正电，但玻璃棒与其他物体摩擦后不一定总是失去电子，因而不能确定其电性，同理也无法确定橡胶棒的电性，故A错；并不是任意两个物体之间摩擦时都能起电，故B错；物体如果原来带正电，得到电子后，可能带正电也可能带负电，故C错；根据电荷守恒定律可知D对，故正确答案为D.【答案】 D2．(多选)下列关于物质的电结构的说法正确的是( ) 【导学号：22940002】A．物质是由原子组成的，原子是由带正电的原子核和绕核旋转的带负电的电子组成的B．原子核是由质子和中子组成的C．质子带正电，电子带负电，中子不带电D．电中性的物体若内部的原子失去电子，则该物体带了负电【解析】电中性的物体若内部的原子失去电子，则该物体带了正电．故D错误．【答案】ABC3．毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，这是因为( )A．毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上B．毛皮上的一些正电荷转移到橡胶棒上C．橡胶棒上的一些电子转移到毛皮上D．橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上【解析】毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，是因为毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上，从而使橡胶棒带负电，故A正确．【答案】 A4．在晴朗干燥的冬日里，如果用塑料梳子梳干燥的头发，会发现头发越梳越蓬松，其主要原因是( )A．梳头时，空气进入头发B．头发和梳子摩擦后，头发带同种电荷相互排斥C．梳子对头发有力的作用D．梳头时，头发的毛囊会收缩【解析】头发蓬松的原因是梳子和头发摩擦后，头发带同种电荷相互排斥．【答案】 B5．(多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( )A．摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子B．两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷C．摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的D．丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电【解析】两种不同材料的绝缘体相互摩擦，使电子发生转移．失去电子的带正电，得到电子的带负电，质子并不发生转移，而且相互摩擦的两个物体同时带上等量异种电荷，故B、D均正确．【答案】BD6．甲、乙两个原来不带电的物体相互摩擦(没有第三者参与)，结果发现甲物体带了1.6×10－15 C的电荷量(正电荷)，下列说法正确的是( )A．乙物体也带了1.6×10－15 C的正电荷B．甲物体失去了104个电子C．乙物体失去了104个电子D．甲、乙两物体共失去了2×104个电子【解析】甲、乙两个物体相互摩擦，甲带1.6×10－15C的正电荷，那么由电荷守恒定律可知，乙应带1.6×10－15 C的负电荷，即甲失去了104个电子，乙得到了104个电子，所以正确的选项是B.【答案】 B7．如图1­1­5所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定( ) 【导学号：22940003】图1­1­5A．两球都带正电B．两球都带负电C．大球受到的静电力大于小球受到的静电力D．两球受到的静电力大小相等【解析】由图中小球向右倾斜可知，小球受斥力作用，两球带同种电荷，但无法确定是哪种电荷，故A、B均错误；由牛顿第三定律知两球间的静电力大小相等，方向相反，故C错误，D正确．【答案】 D8．三个导体，其中一个带正电，两个不带电．思考下列问题：(1)能不能使后两者都带上正电荷？(2)能不能使后两者都带上负电荷？(3)能不能使后两者分别带上等量的异种电荷？【解析】 (1)用接触带电的方式．(2)让不带电的两导体互相接触，将带电导体接近它们，使它们分别感应出正、负电荷；然后将带正、负电荷的导体分离，用手接触带正电荷的导体，将正电荷导走；最后让不带电的导体与带负电的导体接触，使两者都带上负电荷．(3)让不带电的两导体互相接触，将带正电导体移近它们，然后把它们分开，移走带正电导体．【答案】 见解析9．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 两球接触后移开．(1)若A 、B 两球带有同种电荷时，则接触后两球所带电荷量之比为________．(2)若A 、B 两球带有异种电荷时，则接触后两球所带电荷量之比为_________．【解析】 设A 、B 原先所带电荷量均为q ，带同种电荷时，不带电小球先接触A 后，电荷量平分，原不带电小球带电荷量为q 2，A 带电荷量为q 2，原不带电小球再与B接触，总电荷量平分，q2＋q 2＝34q ，原不带电小球与B 均带电荷量为34q ，所以电荷量之比为q 2∶34q ＝2∶3.带异种电荷时，A 带电荷量为q 2，B 带电荷量为q －q 22＝q 4，即原不带电小球与B 带异种电荷，先中和后再平分，所以电荷量之比为2∶1.【答案】 (1)2∶3 (2)2∶1会跳舞的纸人在干燥的桌面上放置一些“小纸人”，将一块玻璃两边用书支起平放在“小纸人”的正上方．当用硬泡沫塑料在玻璃上表面来回摩擦时，会发现“小纸人”能翩翩起舞，如果实验前用一根火柴将“跳舞区”烤烤，实验效果会更好．如果向“跳舞区”哈一口气，“小纸人”就跳得不活跃或不能跳舞了．为什么“小纸人”会在被摩擦的玻璃下翩翩起舞呢？为什么实验前用一根火柴将“跳舞区”烤烤或者哈气会影响实验效果呢？在用硬泡沫塑料在玻璃上表面来回摩擦时，可以使玻璃带上电荷，玻璃对下面的“小纸人”产生吸引作用．当吸引力大于“小纸人”的重力时，“小纸人”会飞起来；当吸引力小于其重力时，“小纸人”又落下来，由于硬泡沫塑料在玻璃上来回摩擦，使得电荷在玻璃上的分布也随着变化，对不同位置的“小纸人”的吸引力也不断变化，因此我们看到了“小纸人”时起时落、翩翩起舞的现象．用一根火柴将“跳舞区”烤烤，空气湿度小，此时空气是不良导体，物体上的电荷不容易被导走，物体带电荷量增多，实验效果明显；如果向“跳舞区”哈一口气会使“跳舞区”空气变得潮湿，空气很容易将电荷导走一部分，物体上电荷量减少，实验效果不明显．。