高中物理（人教版）选修3-1 第1章 第1节　电荷及其守恒定律

欢迎进入物理课堂 第一节电荷及其守恒定律 课标定位学习目标 1 经历摩擦起电和感应起电的实验过程 了解使物体带电的方法 能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质 2 理解电荷守恒定律 3 知道什么是元电荷 知道电荷量的概念及其单位 知道比荷的概念 重点难点 起电的实质与电荷守恒定律的理解和应用 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第一节电荷及其守恒定律 课前自主学案 课前自主学案 一 电荷1 物质的电结构原子由带 的原子核和带 的电子组成 电子绕原子核高速旋转 原子核的正电荷的数量跟核外电子的负电荷的数量 所以整个原子对外界较远位置表现为 正电 负电 相等 电中性 金属原子中离原子核较远的电子 往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动 这种能自由活动的电子叫做 失去电子的原子便成了带正电的离子 自由电子 2 三种起电方式 1 摩擦起电 用丝绸摩擦的玻璃棒带 则丝绸带有 这是因为玻璃棒上的部分 转移到了丝绸上 用毛皮摩擦过的橡胶棒带 毛皮带 这是因为毛皮上的部分 转移到了橡胶棒上 正电 负电 电子 负电 正电 电子 2 感应起电 把带电体移近不带电的导体 可以使靠近带电体的一端带 电荷 远离的一端带 电荷 这种现象叫做 利用静电感应使物体带电的过程叫做 3 接触起电 不带电的物体与带电的物体接触后会带上电荷 这种使物体带电的方式叫做 两个完全相同的物体接触后 会使电荷量 异号 同号 静电感应 感应起电 接触起电 平分 思考感悟1 感应起电的方式能使绝缘体带电吗 提示 不能 绝缘体中几乎没有自由电荷 二 电荷守恒定律表述一 电荷既不会 也不会 只能从一个物体转移到 或者从物体的一部分转移到 在转移过程中 电荷的 保持不变 表述二 一个与外界没有 交换的系统 电荷的 保持不变 创生 消灭 另一个物体 另一部分 总量 电荷 代数和 三 元电荷1 电荷量 电荷的多少 其国际单位是 简称库 用C表示 2 元电荷 最小的电荷量 即 所带的电荷量 用e表示 e C 最早由美国物理学家 测得 3 电子的比荷 电子的 与电子的 之比 库仑 电子 1 6 10 19 密立根 电荷量 质量 思考感悟2 有人说电子或质子是元电荷 对吗 质子或电子的比荷相同吗 提示 元电荷是电量的单位 电子或质子的带电量等于1个元电荷的带电粒子 质子或电子的比荷不同 核心要点突破 一 三种起电方式的比较 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 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 选A 摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体上 中性的物体若缺少了电子带正电 多余了电子就带负电 由于毛皮的原子核束缚电子的本领比橡胶棒弱 在摩擦的过程中毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上 缺少了电子的毛皮带正电 而正电荷是原子核内的质子 不能自由移动 所以A正确 二 电荷守恒定律的理解1 中性 中和 的本质电中性的物体是有电荷存在的 只是代数和为0 对外不显电性 电荷的中和是指电荷的种类 数量达到异号 等量时 正负电荷代数和为0 2 总量 含义 指电荷的代数和 3 起电过程中电荷变化不论哪一种起电过程都没有创造电荷 也没有消灭电荷 本质都是电荷发生了转移 也就是说物体所带电荷的重新分配 4 守恒的广泛性电荷守恒定律同能量守恒定律一样 是自然界中最基本的规律 任何电现象都不违背电荷守恒定律 涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律 如 由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子 一对正 负电子可同时湮没 转化为光子 在这种情况下 带电粒子总是成对产生或湮没 电荷的代数和不变 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中 经过一段时间后 发现该小球上净电荷几乎不存在了 这说明 A 小球上原有负电荷逐渐消失了B 在此现象中 电荷不守恒C 小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了D 该现象是由于电子的转移引起的 仍然遵循电荷守恒定律 解析 选CD 绝缘小球上电荷量减少是由于电子通过潮湿空气导电转移到外界 只是小球上电荷量减小 但这些电子并没有消失 就小球和整个外界组成的系统而言 电荷总量保持不变 因此C D选项正确 课堂互动讲练 2011年盐城调研 如图1 1 1所示 挂在绝缘细线下的小轻质通草球 由于电荷的相互作用而靠近或远离 所以 图1 1 1 A 甲图中两球一定带异种电荷B 乙图中两球一定带同种电荷C 甲图中两球至少有一个带电D 乙图中两球只有一个带电 精讲精析 若两物体相互排斥 必定带同种电荷 若两物体相互吸引 二者可能带异种电荷 也可能一个带电荷 另一个不带电荷 当只有一个物体带电时 不带电物体由于受到带电物体电荷的作用 原子内部的异种电荷趋向于靠近带电物体 同种电荷趋向于远离带电物体 这一过程类似于静电感应 因此两物体之间的吸引力大于排斥力 宏观上显示的是吸引力 综上知 B C选项正确 答案 BC 规律总结 两个带异种电荷的物体相互吸引 一个带电体和一个不带电的物体也相互吸引 变式训练1绝缘细线上端固定 下端悬挂一轻质小球a a的表面镀有铝膜 在a的近旁有一绝缘金属球b 开始时a b不带电 如图1 1 2所示 现使b球带电 则 A a b之间不发生相互作用B b将吸引a 吸在一起不分开C b立即把a排斥开D b先吸引a 接触后又把a排斥开 图1 1 2 解析 选D b球带电就能吸引轻质小球a 接触后电荷量重新分配 那么a b球带同种电荷 然后就要相互排斥 因此本题突出 近旁 以表达吸引并能接触 如图1 1 3所示 将带有负电的绝缘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 下列方法中能使两球都带电的是 A 先把两球分开 再移走棒B 先移走棒 再把两球分开C 使棒与甲球瞬时接触 再移走棒D 先使乙球瞬时接地 再移走棒 图1 1 3 思路点拨 移近金属球 是感应起电 接触金属球则是接触起电 弄清实质则可解决此类问题 精讲精析 由于静电感应 甲球感应出正电荷 乙球感应出负电荷 把两球分开后 它们带上了等量异种电荷 所以A正确 若先将棒移走 则两球不会有静电感应现象产生 所以不会带上电荷 B错误 使棒与甲球接触 则两球会因接触而带上负电荷 所以C正确 若使乙球瞬时接地 则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走 再将棒移走 由于甲 乙是接触的 所以甲球上的电荷会重新分布在甲 乙两球上 结果是两球都带上了正电荷 所以D正确 答案 ACD 规律总结 对每一种起电方法要理解起电过程 如感应起电是由于外来电荷 电场 的作用使某导体内电荷重新分布 接触起电是由于电荷间作用使两导体间电荷发生转移 变式训练2 2011年广州六校联考 如图1 1 4所示 不带电的枕形导体的A B两端各贴有一对金属箔片 当枕形导体的A端靠近一带正电导体C时 A A端金属箔片张开 B端金属箔片闭合 图1 1 4 B 用手触摸枕形导体后 A端金属箔片仍张开 B端金属箔片闭合C 用手触摸枕形导体后 将手和C都移走 两对金属箔片均张开D 选项A中两对金属箔片分别带异种电荷 选项C中两对金属箔片带同种电荷 解析 选BCD 根据静电感应现象 带正电的导体C放在枕形导体A端附近 在A端出现了负电 在B端出现了正电 这样的带电并不是导体中有新的电荷 只是电荷的重新分布 金属箔片上带电相斥而张开 选项A错误 用手摸枕形导体后 B端不是最远端了 人是导体 这样B端不再有电荷 B端金属箔片闭合 A端金属箔片仍张开 选项B正确 用手触摸导体时 只有A端带负电 将手和C移走后 不再有静电感应 A端所带负电便分布在枕形导体上 A B端均带有负电 两对金属箔片均张开 选项C正确 从以上分析看出 选项D正确 如图1 1 5所示 有一带正电的验电器 当一金属球A靠近验电器的小球B 不接触 时 验电器的金箔张角减小 则 A 金属球可能不带电B 金属球可能带负电C 金属球可能带正电D 金属球一定带负电 图1 1 5 思路点拨 靠近和接触验电器金属球都可以判断其是否带电 前者发生的是静电感应现象 后者是因为带电体所带的电荷可以转移到验电器上 精讲精析 验电器的金箔之所以张开 是因为它们都带有正电荷 而同种电荷相互排斥 张开角度的大小决定于两金箔带电荷量的多少 如果A球带负电 靠近验电器的B球时 异种电荷相互吸引 使金箔上的正电荷逐渐 上移 从而使两金箔张角减小 选项B正确 同时否定选项C 如果A球不带电 在靠近B球时 发生静电感应现象使A球靠近B球的端面出现负的感应电荷 而背向B球的端面出现正的感应电荷 A球上负的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用 由于负电荷离验电器较近而表现为吸引作用 从而使金箔张角减小 选项A正确 同时否定选项D 答案 AB 规律总结 验电器可以判断物体是否带电 带电荷的种类及电荷量的多少 当带电体靠近验电器金属球或接触验电器金属球时 验电器的金属箔都会张开 但要注意区分带电体靠近验电器金属球和接触金属球时 验电器所带电荷的不同 变式训练3使带电的金属球靠近不带电的验电器 验电器的金属箔片张开 如图1 1 6所示表示验电器上感应电荷的分布情况 正确的是 图1 1 6 解析 选B 验电器原来不带电 由于静电感应 带电金属球与验电器的金属球带异种电荷 验电器的金属球与金属箔片也应带异种电荷 故B正确 有两个完全相同的带电绝缘金属小球A B 分别带电荷量为QA 6 4 10 9C QB 3 2 10 9C 让两个绝缘小球接触 在接触过程中 电子如何转移并转移了多少 思路点拨 两完全相同的球接触后 正 负电荷先中和再平分 参与的只是导体中的自由电子 答案 电子由B球转移到A球 共转移了3 1010个电子 题后反思 当两个完全相同的金属球接触后 根据对称性 两个球一定带等量的电荷量 若两个球原先带同号电荷 电荷量相加后均分 若两个球原先带异号电荷 则电荷先中和再均分 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全