2020-2021學(xué)年人教版物理選修3-1學(xué)案：1.1　電荷及其守恒定律 含解析

1、祝學(xué)子學(xué)業(yè)有成，取得好成績(jī)情 景 切 入電閃雷鳴，是一種常出現(xiàn)在暴風(fēng)雨中的自然現(xiàn)象，它是那樣的神秘,來去匆匆,稍縱即逝。它給人們帶來甘霖,同時(shí)也給人們帶來恐懼.幾千年以來，人們一直想探究其中的奧秘，更想將它駕馭于手中。美國科學(xué)家富蘭克林就曾冒著生命危險(xiǎn),嘗試用風(fēng)箏去捕捉雷電。雷電是怎樣形成的？物體帶電是怎么回事？電荷有哪些特性？電荷間的相互作用遵從什么規(guī)律？人類應(yīng)該怎樣利用這些規(guī)律？這些問題正是本章要探究并做出解答的知識(shí)。知 識(shí) 導(dǎo) 航本章是高中階段電學(xué)內(nèi)容的開始，在整個(gè)高中物理知識(shí)體系中具有承上（力學(xué)）啟下（電磁學(xué))的重要位置。本章知識(shí)在結(jié)構(gòu)上可以分為三個(gè)單元:13節(jié)為第一單元,主要學(xué)習(xí)電學(xué)

2、中兩個(gè)最基本的定律-電荷守恒定律和庫侖定律，學(xué)習(xí)描述電場(chǎng)力的性質(zhì)的物理量-電場(chǎng)強(qiáng)度；46節(jié)為第二單元,學(xué)習(xí)描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量電勢(shì)、電勢(shì)差，電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系；78節(jié)為第三單元，主要學(xué)習(xí)電場(chǎng)知識(shí)的應(yīng)用電容器、電容，帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn),還簡(jiǎn)單介紹了靜電現(xiàn)象在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用.學(xué) 法 指 導(dǎo)1要重視對(duì)基本概念、基本規(guī)律的理解。基本概念多且抽象是這一章的突出特點(diǎn).在學(xué)習(xí)中要重視對(duì)物理現(xiàn)象的深入觀察和對(duì)物理規(guī)律的親身體驗(yàn)，例如課本的“說一說”“做一做”“靜電感應(yīng)“電容器的電容”等，經(jīng)過深入觀察和親身體驗(yàn)后,物理知識(shí)不僅容易領(lǐng)悟而且印象深刻.2要重視科學(xué)研究方法的學(xué)習(xí).本章中涉及許多

3、重要的研究方法，例如理想化物理模型-點(diǎn)電荷、電場(chǎng)線、等勢(shì)面等；比值法定義物理量-電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)及電容器的電容等概念;類比方法的運(yùn)用-電場(chǎng)與重力場(chǎng)有許多相似之處，電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系和重力做功與重力勢(shì)能的變化關(guān)系也有相似之處.這些方法需要認(rèn)真地體會(huì)和理解，以提高認(rèn)知的境界。3理清本章分析問題的兩個(gè)角度.一是電場(chǎng)力的性質(zhì)-從電荷在電場(chǎng)中受力的角度研究，側(cè)重于利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析處理問題。二是電場(chǎng)能的性質(zhì)-從電場(chǎng)力做功使能量變化的角度研究，側(cè)重于利用功能關(guān)系、能量守恒分析處理問題。1電荷及其守恒定律素養(yǎng)目標(biāo)定位)知道自然界中只有兩種電荷，知道電荷間的相互作用規(guī)律知道元電荷的概念，認(rèn)識(shí)各種起電

4、方法及實(shí)質(zhì)理解電荷守恒定律的內(nèi)容,素養(yǎng)思維脈絡(luò)）知識(shí)點(diǎn)1電荷及相互作用1兩種電荷自然界中只存在兩種電荷,即_正_電荷和_負(fù)_電荷。（1)正電荷：用絲綢摩擦過的_玻璃棒_所帶的電荷叫做正電荷。(2)負(fù)電荷：用毛皮摩擦過的_橡膠棒_所帶的電荷叫做負(fù)電荷。2相互作用同種電荷相互_排斥_，異種電荷相互_吸引_.3物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)(1）原子組成：原子(2)原子電性:原子核的正電荷的數(shù)量與核外電子負(fù)電荷的數(shù)量_相等_，整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn)的位置表現(xiàn)為_電中性_。知識(shí)點(diǎn)2三種起電方式1接觸起電指一個(gè)帶電的金屬導(dǎo)體跟另一個(gè)_不帶電_的金屬導(dǎo)體_接觸_后分開，而使不帶電的導(dǎo)體帶上電荷的方式(如圖)。2摩擦起電兩個(gè)物

5、體相互摩擦?xí)r，一些束縛不緊的_電子_從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，使得原來呈電中性的物體由于得到_電子_而帶負(fù)電，失去_電子_的物體帶正電。(如圖)3感應(yīng)起電（1）自由電子：金屬中離原子核_較遠(yuǎn)_的能脫離原子核的束縛而在金屬中_自由活動(dòng)_的電子。（2)靜電感應(yīng)：當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間相互_吸引_或_排斥_，導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶_異種_電荷,遠(yuǎn)離帶電體的一端帶_同種_電荷的現(xiàn)象.（3）感應(yīng)起電:利用_靜電感應(yīng)_使金屬導(dǎo)體帶電的過程（如圖)。知識(shí)點(diǎn)3電荷守恒定律表述一：電荷既不會(huì)_創(chuàng)生_，也不會(huì)_消滅_,它只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到_另一部分_，

6、或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到_另一個(gè)物體_。在轉(zhuǎn)移的過程中,電荷的總量_保持不變_。表述二:一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和_保持不變_。知識(shí)點(diǎn)4元電荷1電荷量電荷的多少.其國際制單位是_庫侖_，簡(jiǎn)稱庫，用_c_表示。2元電荷最小的電荷量，即_電子_所帶的電荷量,用e表示。e_1。61019_c，最早由美國物理學(xué)家_密立根_測(cè)得.3電子的比荷電子的電荷量與電子的_質(zhì)量_之比。_1。761011_c/kg. 思考辨析判一判（1）兩個(gè)正電荷之間的作用力為斥力,兩個(gè)負(fù)電荷之間的作用力為引力。（）（2）摩擦起電是創(chuàng)造電荷的過程。(）（3）玻璃棒和其他物體摩擦后不一定帶正電.(）(4)當(dāng)一個(gè)帶電體靠近

7、導(dǎo)體時(shí)，產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象,導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷。（）（5）電荷守恒定律和能量守恒定律一樣，也是自然界中最基本的守恒定律。（)（6）元電荷就是最小的電荷。（)選一選用金屬做成一個(gè)不帶電的圓環(huán),放在干燥的絕緣桌面上。小明同學(xué)用絕緣材料做的筆套與頭發(fā)摩擦后，將筆套自上向下慢慢靠近圓環(huán)，當(dāng)距離約為0.5 cm時(shí)圓環(huán)被吸引到筆套上,如圖所示.對(duì)上述現(xiàn)象的判斷與分析，下列說法不正確的是（d)a摩擦使筆套帶電b筆套靠近圓環(huán)時(shí),圓環(huán)上、下感應(yīng)出的電荷是異種的c圓環(huán)被吸引到筆套的過程中，圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)的重力d筆套碰到圓環(huán)后，筆套所帶的電荷立刻被全部中和解析:筆

8、套與頭發(fā)摩擦后，能夠吸引圓環(huán)，說明筆套上帶了電荷，即摩擦使筆套帶電，選項(xiàng)a正確；筆套靠近圓環(huán)時(shí),由于靜電感應(yīng)，會(huì)使圓環(huán)上、下部感應(yīng)出異種電荷，選項(xiàng)b正確；圓環(huán)被吸引到筆套上是由于圓環(huán)所受吸引力大于圓環(huán)所受的重力，故選項(xiàng)c正確;筆套碰到圓環(huán)后，筆套上的部分電荷轉(zhuǎn)移到圓環(huán)上，使圓環(huán)帶上相同性質(zhì)的電荷，選項(xiàng)d錯(cuò)誤。想一想在干燥的天氣里,用梳子梳頭發(fā)的時(shí)候，頭發(fā)會(huì)不聽指揮，順著梳子飛起來（如圖），這時(shí)如果將梳子浸入水中片刻再梳，頭發(fā)就服帖了。試解釋這一現(xiàn)象。解析：梳頭發(fā)時(shí)由于摩擦起電,梳子和頭發(fā)上產(chǎn)生異種電荷，又由于異種電荷相互吸引，使得頭發(fā)順著梳子飛了起來。梳子浸入水中后再梳，潮濕的梳子能將頭發(fā)上的

9、靜電導(dǎo)走，也就不再出現(xiàn)上面的現(xiàn)象。探究一電荷及起電方式s 1如圖所示，在干燥的環(huán)境中，用絲綢摩擦過的玻璃棒，慢慢靠近細(xì)碎的錫箔屑，會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？請(qǐng)解釋所看到的現(xiàn)象。提示：觀察到的現(xiàn)象是錫箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速向空中散開。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：帶電物體能夠吸引輕小物體，錫箔屑與玻璃棒接觸后帶上與玻璃棒相同性質(zhì)的電荷,同種電荷相互排斥，錫箔屑散開。g 1物體帶電物體有了吸引輕小物體的性質(zhì)，我們就說它帶了電，或有了電荷。2三種起電方式的比較方式內(nèi)容摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電產(chǎn)生及條件兩不同絕緣體摩擦?xí)r導(dǎo)體靠近帶電體時(shí)導(dǎo)體與帶電導(dǎo)體接觸時(shí)現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，且電

10、性與原帶電體“近異遠(yuǎn)同”導(dǎo)體上帶上與帶電體相同電性的電荷原因不同物質(zhì)的原子核對(duì)核外電子的束縛力不同而發(fā)生電子得失導(dǎo)體中的自由電子受帶正(負(fù)）電物體吸引（排斥)而靠近（遠(yuǎn)離)自由電荷在帶電體與導(dǎo)體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移舉例摩擦后的毛皮與橡膠棒分別帶正電和負(fù)電放于電場(chǎng)中的導(dǎo)體兩端帶有等量異種電荷驗(yàn)電器的工作原理實(shí)質(zhì)均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移特別提醒：(1)感應(yīng)起電成功的關(guān)鍵在于先分開兩物體（或先斷開接地線）然后再移去帶電體。（2)摩擦起電中對(duì)原子核外電子束縛能力差的物體失去電子而帶正電，對(duì)原子核外電子束縛能力強(qiáng)的物體得到電子而帶負(fù)電。d 典例1如圖所示，均不帶電的橡膠棒與毛皮摩擦后，橡膠棒帶負(fù)電，毛

11、皮帶正電，這是因?yàn)椋╟）a空氣中的正電荷轉(zhuǎn)移到了毛皮上b空氣中的負(fù)電荷轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上c毛皮上的電子轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上d橡膠棒上的電子轉(zhuǎn)移到了毛皮上解題指導(dǎo)：解答本題時(shí)，可按以下思路分析:解析：摩擦起電是因?yàn)殡娮佑梢粋€(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，失去電子的物體因缺少電子而帶正電，得到電子的物體帶負(fù)電。毛皮與橡膠棒摩擦，毛皮上的電子轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上,毛皮帶正電,橡膠棒帶負(fù)電，故選項(xiàng)c正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1(多選）(2019北京四中高二上學(xué)期期中)如圖所示，兩個(gè)不帶電的導(dǎo)體a和b，用一對(duì)絕緣柱支持使它們彼此接觸。把一帶正電荷的物體c置于a附近，貼在a、b下部的金屬箔片都張開，則（bc)a此時(shí)a帶正電，b帶負(fù)電

12、b移去c，貼在a、b下部的金屬箔片將閉合c先把a(bǔ)和b分開,然后再移去c,貼在a、b下部的金屬箔片仍然張開d先把a(bǔ)和b分開，然后再移去c,貼在a、b下部的金屬箔片將閉合解析：c靠近a,由于靜電感應(yīng)a帶負(fù)電b帶正電，故選項(xiàng)a錯(cuò)誤;移去c,a、b上的感應(yīng)電荷立即中和，貼在a、b下部的金屬箔片將閉合,選項(xiàng)b正確；先把a(bǔ)、b分開再移走c，因?yàn)閍、b上的感應(yīng)電荷受到c的作用力不能中和，金屬箔片仍然張開，故選項(xiàng)c正確，d錯(cuò)誤。探究二電荷守恒定律s 2某同學(xué)兩手各拿一帶電小球做實(shí)驗(yàn)時(shí)不小心兩小球接觸了一下,結(jié)果兩小球都沒電了！電荷到哪里去了呢?是否違背了電荷守恒定律?提示：電荷“中和”了，不違背電荷守恒定律。

13、g 1物體帶電的實(shí)質(zhì)使物體帶電不是創(chuàng)造了電荷,使物體不帶電也不是消滅了電荷。物體帶電的實(shí)質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移,也就是物體間電荷的重新分配。2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。物體的起電過程,其本質(zhì)都是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移,也就是說物體所帶電荷的重新分配。不論哪一種起電過程都沒有創(chuàng)造電荷，也沒有消滅電荷。3“中性”與“中和”的理解（1）中性：物體內(nèi)有電荷存在，但正、負(fù)電荷的絕對(duì)值相等，對(duì)外不顯電性。（2）中和：兩個(gè)帶有等量異種電荷的帶電體相遇達(dá)到電中性的過程。4接觸起電現(xiàn)象中電荷量的分配（1)導(dǎo)體接觸帶電時(shí)電荷量的分配與導(dǎo)體的形狀、大小有

14、關(guān)。完全相同的金屬球接觸時(shí)，電荷量平均分配；形狀、大小不同的導(dǎo)體接觸時(shí)電荷量不能平均分配。無論哪種情況，接觸前后電荷總量不變。（2)完全相同的帶電金屬球接觸時(shí)電荷量的分配情況：若兩個(gè)完全相同的金屬小球的帶電量分別為q1、q2，則它們接觸后再分開都帶有的電量，式中電量q1、q2均包含它們的正負(fù)號(hào)。d 典例2有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球a、b，分別帶有電荷量q16。4109 c,q23。2109 c，讓兩絕緣金屬小球接觸。在接觸后，a、b帶電量各是多少？此接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移了多少個(gè)電子？解題指導(dǎo)：（1）金屬球中發(fā)生定向轉(zhuǎn)移的是自由電子，兩球接觸時(shí),自由電子由b向a轉(zhuǎn)移.（2）兩球接

15、觸后帶電量相等、電性相同,電荷再分配時(shí)符合電荷均分原理。解析：當(dāng)兩小球接觸時(shí)，帶電荷量少的負(fù)電荷先被中和,剩余的正電荷再重新分配。由于兩小球相同，剩余正電荷必均分，即接觸后兩小球帶電荷量相等，qaqb c1。6109 c。在接觸過程中，電子由b球轉(zhuǎn)移到a球,不僅將自身電荷中和，且繼續(xù)轉(zhuǎn)移，使b球帶qb的正電荷,這樣，共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為qq2qb(3.21091.6109） c4。8109 c,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n個(gè)3。01010個(gè)。答案：均為1。6109 c；電子由b球轉(zhuǎn)移到a球,轉(zhuǎn)移了3。01010個(gè)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2（多選）小明同學(xué)用自制的驗(yàn)電器進(jìn)行了一些探究實(shí)驗(yàn)。如圖所示，小明使驗(yàn)電器帶了負(fù)電荷，經(jīng)

16、過一段時(shí)間后，他發(fā)現(xiàn)該驗(yàn)電器的金屬箔片（用包裝巧克力的錫箔紙制作)幾乎閉合了.關(guān)于此問題，他跟學(xué)習(xí)小組討論后形成了下列觀點(diǎn)，你認(rèn)為哪些是正確的(cd)a小球上原有的負(fù)電荷逐漸消失了b在此現(xiàn)象中,電荷不守恒c小球上負(fù)電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了d該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的，仍然遵循電荷守恒定律解析：帶負(fù)電的驗(yàn)電器在潮濕的空氣中，經(jīng)過一段時(shí)間后，小球上的負(fù)電荷（電子)被潮濕的空氣導(dǎo)走了,但電荷在轉(zhuǎn)移的過程中仍然守恒，故c、d正確.誤區(qū)點(diǎn)撥誤區(qū)1：相互吸引的一定是帶異種電荷的物體.點(diǎn)撥：除了帶異種電荷的物體相互吸引之外，帶電體有吸引輕小物體的特性，這里的“輕小物體”可能不帶電。誤區(qū)2：兩個(gè)帶電體相互接觸后電荷量平分。點(diǎn)撥：并不是所有情況下接觸后電荷量都能夠進(jìn)行平分，電荷量平分只能在一種情況下滿足,那就是兩個(gè)相互接觸的物體必須是兩個(gè)完全相同的球體。誤區(qū)3：通過一定的方法可以使物體帶上任意大小