高中物理（人教版）選修3-1 第1章 第1節(jié)　電荷及其守恒定律

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歡迎進入物理課堂 第一節(jié)電荷及其守恒定律 課標定位學習目標 1 經(jīng)歷摩擦起電和感應起電的實驗過程 了解使物體帶電的方法 能從物質微觀結構的角度認識物體帶電的本質 2 理解電荷守恒定律 3 知道什么是元電荷 知道電荷量的概念及其單位 知道比荷的概念 重點難點 起電的實質與電荷守恒定律的理解和應用 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第一節(jié)電荷及其守恒定律 課前自主學案 課前自主學案 一 電荷1 物質的電結構原子由帶 的原子核和帶 的電子組成 電子繞原子核高速旋轉 原子核的正電荷的數(shù)量跟核外電子的負電荷的數(shù)量 所以整個原子對外界較遠位置表現(xiàn)為 正電 負電 相等 電中性 金屬原子中離原子核較遠的電子 往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動 這種能自由活動的電子叫做 失去電子的原子便成了帶正電的離子 自由電子 2 三種起電方式 1 摩擦起電 用絲綢摩擦的玻璃棒帶 則絲綢帶有 這是因為玻璃棒上的部分 轉移到了絲綢上 用毛皮摩擦過的橡膠棒帶 毛皮帶 這是因為毛皮上的部分 轉移到了橡膠棒上 正電 負電 電子 負電 正電 電子 2 感應起電 把帶電體移近不帶電的導體 可以使靠近帶電體的一端帶 電荷 遠離的一端帶 電荷 這種現(xiàn)象叫做 利用靜電感應使物體帶電的過程叫做 3 接觸起電 不帶電的物體與帶電的物體接觸后會帶上電荷 這種使物體帶電的方式叫做 兩個完全相同的物體接觸后 會使電荷量 異號 同號 靜電感應 感應起電 接觸起電 平分 思考感悟1 感應起電的方式能使絕緣體帶電嗎 提示 不能 絕緣體中幾乎沒有自由電荷 二 電荷守恒定律表述一 電荷既不會 也不會 只能從一個物體轉移到 或者從物體的一部分轉移到 在轉移過程中 電荷的 保持不變 表述二 一個與外界沒有 交換的系統(tǒng) 電荷的 保持不變 創(chuàng)生 消滅 另一個物體 另一部分 總量 電荷 代數(shù)和 三 元電荷1 電荷量 電荷的多少 其國際單位是 簡稱庫 用C表示 2 元電荷 最小的電荷量 即 所帶的電荷量 用e表示 e C 最早由美國物理學家 測得 3 電子的比荷 電子的 與電子的 之比 庫侖 電子 1 6 10 19 密立根 電荷量 質量 思考感悟2 有人說電子或質子是元電荷 對嗎 質子或電子的比荷相同嗎 提示 元電荷是電量的單位 電子或質子的帶電量等于1個元電荷的帶電粒子 質子或電子的比荷不同 核心要點突破 一 三種起電方式的比較 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 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 選A 摩擦起電的實質是電子從一個物體轉移到另一個物體上 中性的物體若缺少了電子帶正電 多余了電子就帶負電 由于毛皮的原子核束縛電子的本領比橡膠棒弱 在摩擦的過程中毛皮上的一些電子轉移到橡膠棒上 缺少了電子的毛皮帶正電 而正電荷是原子核內的質子 不能自由移動 所以A正確 二 電荷守恒定律的理解1 中性 中和 的本質電中性的物體是有電荷存在的 只是代數(shù)和為0 對外不顯電性 電荷的中和是指電荷的種類 數(shù)量達到異號 等量時 正負電荷代數(shù)和為0 2 總量 含義 指電荷的代數(shù)和 3 起電過程中電荷變化不論哪一種起電過程都沒有創(chuàng)造電荷 也沒有消滅電荷 本質都是電荷發(fā)生了轉移 也就是說物體所帶電荷的重新分配 4 守恒的廣泛性電荷守恒定律同能量守恒定律一樣 是自然界中最基本的規(guī)律 任何電現(xiàn)象都不違背電荷守恒定律 涵蓋了包括近代物理實驗發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律 如 由一個高能光子可以產(chǎn)生一個正電子和一個負電子 一對正 負電子可同時湮沒 轉化為光子 在這種情況下 帶電粒子總是成對產(chǎn)生或湮沒 電荷的代數(shù)和不變 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 一帶負電絕緣金屬小球放在潮濕的空氣中 經(jīng)過一段時間后 發(fā)現(xiàn)該小球上凈電荷幾乎不存在了 這說明 A 小球上原有負電荷逐漸消失了B 在此現(xiàn)象中 電荷不守恒C 小球上負電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導走了D 該現(xiàn)象是由于電子的轉移引起的 仍然遵循電荷守恒定律 解析 選CD 絕緣小球上電荷量減少是由于電子通過潮濕空氣導電轉移到外界 只是小球上電荷量減小 但這些電子并沒有消失 就小球和整個外界組成的系統(tǒng)而言 電荷總量保持不變 因此C D選項正確 課堂互動講練 2011年鹽城調研 如圖1 1 1所示 掛在絕緣細線下的小輕質通草球 由于電荷的相互作用而靠近或遠離 所以 圖1 1 1 A 甲圖中兩球一定帶異種電荷B 乙圖中兩球一定帶同種電荷C 甲圖中兩球至少有一個帶電D 乙圖中兩球只有一個帶電 精講精析 若兩物體相互排斥 必定帶同種電荷 若兩物體相互吸引 二者可能帶異種電荷 也可能一個帶電荷 另一個不帶電荷 當只有一個物體帶電時 不帶電物體由于受到帶電物體電荷的作用 原子內部的異種電荷趨向于靠近帶電物體 同種電荷趨向于遠離帶電物體 這一過程類似于靜電感應 因此兩物體之間的吸引力大于排斥力 宏觀上顯示的是吸引力 綜上知 B C選項正確 答案 BC 規(guī)律總結 兩個帶異種電荷的物體相互吸引 一個帶電體和一個不帶電的物體也相互吸引 變式訓練1絕緣細線上端固定 下端懸掛一輕質小球a a的表面鍍有鋁膜 在a的近旁有一絕緣金屬球b 開始時a b不帶電 如圖1 1 2所示 現(xiàn)使b球帶電 則 A a b之間不發(fā)生相互作用B b將吸引a 吸在一起不分開C b立即把a排斥開D b先吸引a 接觸后又把a排斥開 圖1 1 2 解析 選D b球帶電就能吸引輕質小球a 接觸后電荷量重新分配 那么a b球帶同種電荷 然后就要相互排斥 因此本題突出 近旁 以表達吸引并能接觸 如圖1 1 3所示 將帶有負電的絕緣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 下列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 使棒與甲球瞬時接觸 再移走棒D 先使乙球瞬時接地 再移走棒 圖1 1 3 思路點撥 移近金屬球 是感應起電 接觸金屬球則是接觸起電 弄清實質則可解決此類問題 精講精析 由于靜電感應 甲球感應出正電荷 乙球感應出負電荷 把兩球分開后 它們帶上了等量異種電荷 所以A正確 若先將棒移走 則兩球不會有靜電感應現(xiàn)象產(chǎn)生 所以不會帶上電荷 B錯誤 使棒與甲球接觸 則兩球會因接觸而帶上負電荷 所以C正確 若使乙球瞬時接地 則乙球上感應出的負電荷因受斥力而被導走 再將棒移走 由于甲 乙是接觸的 所以甲球上的電荷會重新分布在甲 乙兩球上 結果是兩球都帶上了正電荷 所以D正確 答案 ACD 規(guī)律總結 對每一種起電方法要理解起電過程 如感應起電是由于外來電荷 電場 的作用使某導體內電荷重新分布 接觸起電是由于電荷間作用使兩導體間電荷發(fā)生轉移 變式訓練2 2011年廣州六校聯(lián)考 如圖1 1 4所示 不帶電的枕形導體的A B兩端各貼有一對金屬箔片 當枕形導體的A端靠近一帶正電導體C時 A A端金屬箔片張開 B端金屬箔片閉合 圖1 1 4 B 用手觸摸枕形導體后 A端金屬箔片仍張開 B端金屬箔片閉合C 用手觸摸枕形導體后 將手和C都移走 兩對金屬箔片均張開D 選項A中兩對金屬箔片分別帶異種電荷 選項C中兩對金屬箔片帶同種電荷 解析 選BCD 根據(jù)靜電感應現(xiàn)象 帶正電的導體C放在枕形導體A端附近 在A端出現(xiàn)了負電 在B端出現(xiàn)了正電 這樣的帶電并不是導體中有新的電荷 只是電荷的重新分布 金屬箔片上帶電相斥而張開 選項A錯誤 用手摸枕形導體后 B端不是最遠端了 人是導體 這樣B端不再有電荷 B端金屬箔片閉合 A端金屬箔片仍張開 選項B正確 用手觸摸導體時 只有A端帶負電 將手和C移走后 不再有靜電感應 A端所帶負電便分布在枕形導體上 A B端均帶有負電 兩對金屬箔片均張開 選項C正確 從以上分析看出 選項D正確 如圖1 1 5所示 有一帶正電的驗電器 當一金屬球A靠近驗電器的小球B 不接觸 時 驗電器的金箔張角減小 則 A 金屬球可能不帶電B 金屬球可能帶負電C 金屬球可能帶正電D 金屬球一定帶負電 圖1 1 5 思路點撥 靠近和接觸驗電器金屬球都可以判斷其是否帶電 前者發(fā)生的是靜電感應現(xiàn)象 后者是因為帶電體所帶的電荷可以轉移到驗電器上 精講精析 驗電器的金箔之所以張開 是因為它們都帶有正電荷 而同種電荷相互排斥 張開角度的大小決定于兩金箔帶電荷量的多少 如果A球帶負電 靠近驗電器的B球時 異種電荷相互吸引 使金箔上的正電荷逐漸 上移 從而使兩金箔張角減小 選項B正確 同時否定選項C 如果A球不帶電 在靠近B球時 發(fā)生靜電感應現(xiàn)象使A球靠近B球的端面出現(xiàn)負的感應電荷 而背向B球的端面出現(xiàn)正的感應電荷 A球上負的感應電荷與驗電器上的正電荷發(fā)生相互作用 由于負電荷離驗電器較近而表現(xiàn)為吸引作用 從而使金箔張角減小 選項A正確 同時否定選項D 答案 AB 規(guī)律總結 驗電器可以判斷物體是否帶電 帶電荷的種類及電荷量的多少 當帶電體靠近驗電器金屬球或接觸驗電器金屬球時 驗電器的金屬箔都會張開 但要注意區(qū)分帶電體靠近驗電器金屬球和接觸金屬球時 驗電器所帶電荷的不同 變式訓練3使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 如圖1 1 6所示表示驗電器上感應電荷的分布情況 正確的是 圖1 1 6 解析 選B 驗電器原來不帶電 由于靜電感應 帶電金屬球與驗電器的金屬球帶異種電荷 驗電器的金屬球與金屬箔片也應帶異種電荷 故B正確 有兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球A B 分別帶電荷量為QA 6 4 10 9C QB 3 2 10 9C 讓兩個絕緣小球接觸 在接觸過程中 電子如何轉移并轉移了多少 思路點撥 兩完全相同的球接觸后 正 負電荷先中和再平分 參與的只是導體中的自由電子 答案 電子由B球轉移到A球 共轉移了3 1010個電子 題后反思 當兩個完全相同的金屬球接觸后 根據(jù)對稱性 兩個球一定帶等量的電荷量 若兩個球原先帶同號電荷 電荷量相加后均分 若兩個球原先帶異號電荷 則電荷先中和再均分 知能優(yōu)化訓練 本部分內容講解結束 點此進入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全