2020-2021學(xué)年物理教科版選修3-1教案：1.1　電荷　電荷守恒定律 Word版含解析

1、第一章 靜電場1電荷電荷守恒定律1電荷(1)概念：自然界中共有兩種電荷，即正電荷和負(fù)電荷，其作用的基本特點(diǎn)是：同種電荷相互接近則互相排斥，異種電荷相互接近則互相吸引(2)使物體帶電的方法有三種：即摩擦起電、接觸起電、感應(yīng)起電，其實(shí)質(zhì)都是電子的轉(zhuǎn)移摩擦起電：當(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電感應(yīng)起電：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)離的一端帶同種電荷，這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫

2、感應(yīng)起電接觸起電：一個(gè)帶電物體如果接觸另一個(gè)導(dǎo)體，電荷會(huì)轉(zhuǎn)移到這個(gè)導(dǎo)體上，使這個(gè)導(dǎo)體也帶電，這種現(xiàn)象稱為接觸起電物理學(xué)中對(duì)正電荷和負(fù)電荷是怎樣規(guī)定的？提示：人們規(guī)定：用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電2電荷守恒定律電荷既不會(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分在轉(zhuǎn)移過程中，電荷的總量保持不變甲、乙兩同學(xué)各拿一帶電小球做實(shí)驗(yàn)，不小心兩小球接觸了一下，結(jié)果兩小球都沒電了！電荷哪里去了呢？消失了？請(qǐng)你幫他們解釋一下原因提示：兩同學(xué)手中的小球發(fā)生了電荷的中和現(xiàn)象所謂電荷的中和現(xiàn)象是指帶有等量異種電荷的物體當(dāng)發(fā)生接觸時(shí)，帶負(fù)電的那個(gè)物體

3、會(huì)將多余的電子傳給因缺少電子而帶正電的物體，使得兩個(gè)物體的原子都恢復(fù)電中性的過程其本質(zhì)仍然是電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，電荷沒有“消失”3元電荷(1)電荷量：它表示電荷的多少，其單位是庫侖，簡稱為庫，用c表示(2)元電荷：最小的電荷量叫做元電荷，用e表示，e1.601019 c.(3)比荷：即電荷量與質(zhì)量的比電子的比荷為 c/kg1.761011 c/kg.知道了元電荷的概念之后，你認(rèn)為物體的帶電荷量是任意的，還是某些特殊值？提示：只能是某些特殊值所有帶電體的電荷量或者等于e，或者是e的整數(shù)倍也就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量考點(diǎn)一三種起電方式1物體帶電的本質(zhì)物質(zhì)由中性的原子組成，原子

4、由原子核和核外電子組成，電子帶負(fù)電，原子核帶正電；由中性原子組成的物體，對(duì)外表現(xiàn)為不帶電狀態(tài)，物體呈電中性；呈電中性的物體失去電子帶正電，得到電子帶負(fù)電，物體帶電的實(shí)質(zhì)是電子的得失在物體內(nèi)部，原子核是相對(duì)固定的，內(nèi)部的質(zhì)子更不能脫離原子核而移動(dòng)，而離核較遠(yuǎn)的核外電子容易受到外界的作用而脫離原子，所以起電過程中轉(zhuǎn)移的都是核外的電子.2接觸起電過程中電子轉(zhuǎn)移的規(guī)律帶正電的物體與帶負(fù)電的物體接觸，電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上帶正電的物體與不帶電的中性導(dǎo)體接觸，電子由中性導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上帶負(fù)電的物體與不帶電的中性導(dǎo)體接觸，電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到中性導(dǎo)體上3感應(yīng)起電(1)感應(yīng)起電的操

5、作步驟(2)感應(yīng)起電判斷方法帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，靠近帶電體的近端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的遠(yuǎn)端帶同種電荷凡遇到接地問題時(shí)，該導(dǎo)體與地球組成一個(gè)導(dǎo)體，則該導(dǎo)體為近端物體，帶異種電荷，地球?yàn)檫h(yuǎn)端，帶同種電荷4三種起電方式的比較(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)感應(yīng)起電只適用于導(dǎo)體，絕緣體因其無自由移動(dòng)的電子而不會(huì)感應(yīng)起電.(3)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.5驗(yàn)電器的工作原理(1)當(dāng)帶電的物體與驗(yàn)電器的金屬球接觸時(shí)，有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上，與金屬球相連的兩個(gè)金屬箔片帶上同種電

6、荷，因相互排斥而張開物體帶電越多，轉(zhuǎn)移的電荷越多，兩金屬箔片的斥力越大，張開的角度也越大(2)當(dāng)帶電體靠近但不接觸驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，金屬箔片也可張開因?yàn)閹щ婓w會(huì)使近端金屬球上感應(yīng)出異種電荷，而遠(yuǎn)端箔片上會(huì)感應(yīng)出同種電荷(感應(yīng)起電)，在斥力作用下箔片張開【例1】(多選)如圖所示，a、b為相互接觸的用絕緣支架支持的金屬導(dǎo)體，起初它們不帶電，在它們的下部貼有金屬箔片，c是帶正電的小球，下列說法正確的是()a把c移近導(dǎo)體a時(shí)，a、b上的金屬箔片都張開b把c移近導(dǎo)體a，先把a(bǔ)、b分開，然后移去c，a、b上的金屬箔片仍張開c先把c移走，再把a(bǔ)、b分開，a、b上的金屬箔片仍張開d先把a(bǔ)、b分開，再把c移走，

7、然后重新讓a、b接觸，a上的金屬箔片張開，而b上的金屬箔片閉合解答本題時(shí)應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)明確導(dǎo)體a、b接觸與c球靠近時(shí)感應(yīng)電荷的分布(2)明確先分開導(dǎo)體a、b再移走c球時(shí)a、b的帶電情況(3)明確先移走c球再分開導(dǎo)體a、b時(shí)a、b的帶電情況【答案】ab【解析】c移近a時(shí)，帶正電的小球c對(duì)a、b內(nèi)的電荷有力的作用，使a、b中的自由電子向左移動(dòng)，使得a端積累了負(fù)電荷，b端積累了正電荷，其下部的金屬箔片也分別帶上了與a、b同種性質(zhì)的電荷由于同種電荷間的斥力，所以金屬箔片都張開，a正確c移近a后保持不動(dòng)，把a(bǔ)、b分開，a、b仍帶等量的異種感應(yīng)電荷，再移走c，因a、b已經(jīng)絕緣，所帶電荷量也不會(huì)變，

8、金屬箔片仍張開，b正確若先移走c，再把a(bǔ)、b分開，則在移走c后，a、b上的感應(yīng)電荷會(huì)馬上在其相互之間的引力作用下吸引中和，不再帶電，所以箔片都不會(huì)張開，c錯(cuò)先把a(bǔ)、b分開，再移走c，a、b仍然帶電，但重新讓a、b接觸后，a、b上的感應(yīng)電荷完全中和，箔片都不會(huì)張開，d錯(cuò)總結(jié)提能 感應(yīng)起電的判斷方法(1)當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(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(2)凡是遇到接地問題時(shí)，該導(dǎo)體與地球可視為一個(gè)導(dǎo)體，而且該導(dǎo)體可視為近端物體，帶異種電荷，地球就成為遠(yuǎn)端導(dǎo)體，帶同種電荷(3)絕緣體不能被感應(yīng)起電感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體中的正負(fù)電荷在帶電體的作用下，

9、發(fā)生了分離只有導(dǎo)體中的電子才能自由移動(dòng)，而絕緣體上的電子不能自由地移動(dòng)，所以導(dǎo)體能夠發(fā)生感應(yīng)起電，而絕緣體不能(多選)關(guān)于摩擦起電現(xiàn)象，下列說法正確的是(bd)a摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生電子和質(zhì)子b兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后，同時(shí)帶上等量異種電荷c摩擦起電，可能是因?yàn)槟Σ翆?dǎo)致質(zhì)子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到了另一個(gè)物體而形成的d絲綢摩擦玻璃棒時(shí)，電子從玻璃棒上轉(zhuǎn)移到絲綢上，玻璃棒因質(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電解析：摩擦起電的實(shí)質(zhì)是由于兩個(gè)物體的原子核對(duì)核外電子的約束能力不相同，因而電子可以在物體間轉(zhuǎn)移若一個(gè)物體失去電子，其質(zhì)子數(shù)比電子數(shù)多，我們說它帶正電；若一個(gè)物體得到電子，其質(zhì)子數(shù)比

10、電子數(shù)少，我們說它帶負(fù)電使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷考點(diǎn)二對(duì)電荷守恒定律的理解1對(duì)“關(guān)鍵詞”的理解中性：電中性的物體是帶有電荷的，只是正負(fù)電荷代數(shù)和為0，對(duì)外不顯電性；中和：電荷的中和是指電荷的種類、數(shù)量滿足異號(hào)等量時(shí)，正負(fù)電荷代數(shù)和為0；總量：指電荷的代數(shù)和；轉(zhuǎn)移：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(zhì)都是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，物體所帶電荷發(fā)生重新分配2守恒定律的意義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)象都遵守電荷守恒定律，涵蓋了包括近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律如：一個(gè)高能光子可以產(chǎn)生一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子；一對(duì)正、負(fù)電子可同時(shí)湮沒，轉(zhuǎn)化為

11、光子；一個(gè)中子衰變成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子在這種情況下，帶電粒子總是成對(duì)產(chǎn)生或湮沒，電荷的代數(shù)和不變因此電荷守恒定律也可以敘述為：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“中性”、“中和”一字之差，本質(zhì)不同，中性側(cè)重的是結(jié)果，中和側(cè)重的是過程.【例2】半徑相同的兩金屬小球a、b帶有相同的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個(gè)半徑相同的不帶電金屬小球c先后與a、b接觸后移開(1)若a、b兩球帶同種電荷，接觸后兩球的電荷量之比為多大？(2)若a、b兩球帶異種電荷，接觸后兩球的電荷量之比為多大？解答本題時(shí)應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)兩球帶同種電荷時(shí)，接觸后兩球?qū)⒖傠姾闪科椒?2)兩球帶異種電荷時(shí)，接觸后

12、兩球先中和后將剩余電荷量再平分(3)c球接觸a后帶上了一定量的電荷，再與b接觸，電荷重新分配【答案】(1)23(2)21【解析】(1)a、b帶同種電荷，設(shè)電荷量為q，c與a接觸后，由于形狀相同，二者平分電荷量，a、c所帶的電荷量均為q.c與b接觸后平分二者電荷量，則b、c的電荷量均為(qq)q，a、b最終的電荷量之比為qq23.(2)a、b帶異種電荷，設(shè)電荷量分別為q、q，a、c接觸后，平分電荷量，a、c的電荷量均變?yōu)閝，c與b接觸后，平分二者的電荷量，c、b的電荷量均為(qq)q，則a、b最終的電荷量之比為q|q|21.總結(jié)提能 接觸起電的判斷方法兩個(gè)完全相同的導(dǎo)體球相互接觸后的電荷的分配規(guī)

13、律：(1)若為帶電導(dǎo)體球和不帶電導(dǎo)體球接觸，則電荷平分；(2)若兩個(gè)帶電導(dǎo)體球帶同種電荷，則總電荷平分；(3)若兩個(gè)帶電導(dǎo)體球帶異種電荷，則先中和再平分有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球a、b，分別帶有電荷量qa6.4109 c，qb3.2109 c，讓兩絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少？答案：電子由b球轉(zhuǎn)移到a球，轉(zhuǎn)移了3.01010個(gè)解析：當(dāng)兩個(gè)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

14、的正電，這樣共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為qbqbqb1.6109 c(3.2109) c4.8109 c轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n3.01010個(gè).1(多選)把兩個(gè)完全相同的金屬球a和b接觸一下，再分開一段距離，發(fā)現(xiàn)兩球之間互相排斥，則a、b兩球原來的帶電情況可能是(bcd)a帶等量異種電荷b帶等量同種電荷c帶不等量異種電荷d一個(gè)帶電，另一個(gè)不帶電解析：兩球接觸后所帶總電荷量等于原來各自電荷量的代數(shù)和，每個(gè)球所帶電荷量為總電荷量的一半因此只要兩球原來不帶等量異種電荷，則總電荷量不為零，分開后兩球就帶同種電荷，有相互作用的斥力2(多選)如圖所示，掛在絕緣細(xì)線下的輕質(zhì)小球，由于電荷的相互作用而靠近或遠(yuǎn)離，所以(bc)

15、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(gè)帶電d乙圖中兩球至少有一個(gè)帶電解析：若兩球相互吸引，可能是兩球帶異種電荷，也可能只有一個(gè)小球帶電另一個(gè)小球不帶電，而兩球互相排斥，只有兩球帶同種電荷這一種情況3關(guān)于電荷量，下列說法錯(cuò)誤的是(a)a物體帶的電荷量可以是任意值b物體帶的電荷量只能是某些值c物體帶電荷量的最小值為1.61019 cd一個(gè)物體帶1.6109 c的正電荷，這是它失去了1.01010個(gè)電子的緣故解析：任何帶電體所帶的電荷量均是元電荷的整數(shù)倍，元電荷是最小的電荷量，故a錯(cuò)，b、c正確；每個(gè)電子所帶電荷量為1.601019 c，一個(gè)物體帶1.6109 c

16、的正電荷，說明該物體失去電子，失去電子的數(shù)量為1.01010個(gè)，故d正確4(多選)用與絲綢摩擦過的玻璃棒(帶正電)去吸引細(xì)碎的錫箔屑，發(fā)現(xiàn)錫箔屑被吸引到玻璃棒后又迅速向空中散開對(duì)于這一過程，下列分析正確的是(bd)a錫箔屑被吸引到玻璃棒上時(shí)會(huì)獲得電子而帶負(fù)電b錫箔屑被吸引到玻璃棒上時(shí)會(huì)失去電子而帶正電c迅速向空中散開主要是因?yàn)殄a箔屑與玻璃棒碰撞導(dǎo)致d迅速向空中散開主要是因?yàn)殄a箔屑與玻璃棒接觸后帶正電被排斥所致解析：摩擦起電時(shí)，對(duì)電子束縛能力強(qiáng)的物體獲得電子而帶負(fù)電，對(duì)電子束縛能力弱的物體失去電子而帶正電；異種電荷相互吸引，同種電荷相互排斥，帶電體能吸引不帶電的輕小物體；一個(gè)帶正電的物體能夠吸引另一個(gè)物體，則另一個(gè)物體帶負(fù)電或不帶電錫箔屑被吸引到玻璃棒上時(shí)