高二物理(新人教版選修)第1節(jié)電荷及其守恒定律精品配套課件

1、 情景切入 自古以來，人們就對自然充滿敬畏與好奇 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(如圖1)它給人們帶來甘霖，同時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，嘗試用風(fēng)箏去捕捉雷電(如圖2) 圖1電閃雷鳴與靜電有關(guān) 圖2富蘭克林做風(fēng)箏實驗 電是那樣的實在，給我們的生活帶來極大的方便電又是那樣的神奇，讓人看不見，摸不著 電是什么？我們又該如何認(rèn)識它呢？ 知識導(dǎo)航 本章從電荷在電場中受力和電場力做功兩個角度研究電場的基本性質(zhì)在學(xué)習(xí)過程中要掌握七個概念、二個定律、一個規(guī)律、兩種關(guān)系、一種研究方法

2、 七個概念：電場強(qiáng)度、電場線、電勢、電勢能、電勢差、電容、電容器 二個定律：電荷及其守恒定律、庫侖定律 一個規(guī)律：帶電粒子在電場中運(yùn)動的規(guī)律 兩種關(guān)系：電場力做功與電勢能的變化關(guān)系、勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系 一種研究方法：比值定義法 其中，庫侖定律的應(yīng)用、電場力做功、電荷電勢能的變化規(guī)律(即能的轉(zhuǎn)化與守恒定律)、電容器構(gòu)成的電路動態(tài)分析，帶電粒子(微粒)在復(fù)合場中的運(yùn)動是本章的難點本章的內(nèi)容是電學(xué)的基礎(chǔ)知識，也是學(xué)習(xí)以后各章的準(zhǔn)備知識 學(xué)法指導(dǎo) 1本章的特點是：基本概念多且抽象，許多知識要在力學(xué)知識基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)和運(yùn)用因此學(xué)習(xí)中應(yīng)注意復(fù)習(xí)必要的力學(xué)知識，以便能夠自然地把力學(xué)和電學(xué)知識密切聯(lián)

3、系起來 2電場強(qiáng)度的定義是一種新型的定義方法比值定義法，也是物理學(xué)中的一個常用方法要能正確理解電場強(qiáng)度和試探電荷所受的電場力無關(guān)、和試探電荷q無關(guān)的結(jié)論 3電勢的概念也是電場的一個非常重要的概念能理解它的具體含義，知道它是反應(yīng)電場中能的性質(zhì)的物理量它和電場強(qiáng)度一樣也是用比值定義法來定義的，要進(jìn)一步理解比值定義法的實用價值 4電場線和等勢面是為了形象化理解電場而引入的假想的線，實際不存在，但在解決電場中電場強(qiáng)度大小的比較、電勢的高低、電荷電勢能高低的比較、電場力對電荷做功正負(fù)等方面有非常重要的實用價值，要切實掌握 5本章知識在實際中有廣泛的應(yīng)用現(xiàn)行教材中特別注意理論與實際的結(jié)合，從內(nèi)容到習(xí)題和閱

4、讀材料，有許多現(xiàn)代化設(shè)備的介紹，如靜電復(fù)印、范德格拉夫靜電加速器的利用等通過這些介紹，可以使理論更好地與生活實際相聯(lián)系，對學(xué)好這些物理知識有很大的幫助作用，而且也可以拓展思路，學(xué)會用理論知識去分析和解決實際問題知道自然界中只有兩種電荷知道自然界中只有兩種電荷知道元電荷的概念，認(rèn)識各種起電方法及知道元電荷的概念，認(rèn)識各種起電方法及實質(zhì)實質(zhì)理解電荷守恒定律的內(nèi)容理解電荷守恒定律的內(nèi)容 在干燥的冬天，你也許有過這樣的經(jīng)歷：當(dāng)你經(jīng)過鋪有地毯的走道來到房間門口，在伸手接觸金屬門把的一剎那，突然聽到“啪”的一聲，手被麻了一下，弄得你虛驚一場(下圖)是誰在惡作??？ 1自然界只存在兩種電荷： 用絲綢摩擦過的玻

5、璃棒所帶 的電荷是一種，用毛皮摩擦過 的 所帶的電荷是另一種 美國科學(xué)家富蘭克林(如圖)把前者命名為 ，把后者命名為 2金屬中離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會脫離原子核的 而在金屬中自由活動，這種電子叫 失去電子的原子便成為帶 電的 硬橡膠棒硬橡膠棒正電荷正電荷負(fù)電荷負(fù)電荷自由電子自由電子正正離子離子束束縛縛 3使物體帶電的方法有三種(如圖)：它們分別是 三種帶電方式的實質(zhì)都是一樣的，都是使電荷從 轉(zhuǎn)移到 ，或從物體的 轉(zhuǎn)移到 一個物體一個物體另一個物體另一個物體一部分一部分另一部分另一部分 4到目前為止，科學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)的最小電荷量是 所帶的電荷量 、 帶有跟電子等量的異種電荷這個最小的電荷用e表示 e

6、電子電子質(zhì)子質(zhì)子正電子正電子1.601019C 1電荷(1)用絲綢摩擦過的玻璃棒和用毛皮摩擦過的橡膠棒都可以吸引碎紙屑(下圖)物體有了這種能吸引輕小物體的性質(zhì)，就說它帶了電荷，簡稱帶了電 (2)自然界中只存在兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引 特別提醒： 盡管電荷量有正負(fù)值(正號一般省略)，要知道這里的“”、“”號代表電荷的性質(zhì)(種類)，與數(shù)學(xué)中的正負(fù)號的含義不同 不顯電性的物體內(nèi)有電荷嗎？ 答案：物體由原子組成，原子由電子和原子核組成，而原子核又由中子和質(zhì)子組成其中質(zhì)子帶正電，電子帶負(fù)電，原子所含的電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，因此不顯電性的物體內(nèi)同樣存在電荷. (1)摩擦起電

7、：當(dāng)兩個物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，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，這就是摩擦起電 (2)感應(yīng)起電：當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠(yuǎn)離的一端帶同號電荷這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫做感應(yīng)起電 注：感應(yīng)起電有嚴(yán)格的操作步驟 a使帶電體C(如帶正電)靠近 相互接觸的兩導(dǎo)體A、B(如圖甲) b保持C不動，用絕緣工具分開A、B. c移走C，則A帶負(fù)電，B帶正電(如圖乙) 如果先移走C，再分開A、B，那么原來A、B上

8、感應(yīng)出的異種電荷立即中和，不會使A、B帶電 特別提醒： 感應(yīng)起電時，保持帶電導(dǎo)體對外絕緣是成功的關(guān)鍵，在干燥的環(huán)境中操作是必要的條件 (3)接觸起電：用帶電物體與不帶電物體接觸或兩個帶相反電荷但所帶電荷量不同的物體相接觸，都可以使物體帶電前一種情況是兩物體帶同種性質(zhì)的電荷，如果兩個物體相同則平分電荷量，后一種情況是兩個物體先中和相同量的異種電荷，然后分配剩余電荷 特別提醒： 接觸起電與感應(yīng)起電的異同點如下： (1)相同點：實質(zhì)相同，都是電子的轉(zhuǎn)移 (2)不同點：前者必須接觸，后者只需靠近 為什么能發(fā)生感應(yīng)起電的是導(dǎo)體而不是絕緣體 答案：感應(yīng)起電的實質(zhì)是在帶電體上電荷的作用下，導(dǎo)體上的正負(fù)電荷發(fā)

9、生了分離，使電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分，只有導(dǎo)體上的電子才能自由移動，絕緣體上的電子不能自由移動，所以導(dǎo)體能發(fā)生感應(yīng)起電，而絕緣體不能. 電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體在任何轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不變 電荷守恒定律也常表述為：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變的 特別提醒： (1)在一定條件下，電荷是可以產(chǎn)生和湮滅的，但電荷的代數(shù)和不變，如一對正、負(fù)電子可同時湮滅，轉(zhuǎn)化為光子(2)電荷守恒是自然界重要的基本規(guī)律之一 當(dāng)兩個帶異種電荷的導(dǎo)體接觸時，會發(fā)生電荷的中和現(xiàn)象，中和的電荷是不是消失了

10、？ 答案：不是所謂“中和”是指兩個帶等量異種電荷的物體相互接觸時，由于正負(fù)電荷間的吸引作用，電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，最后都達(dá)到中性狀態(tài)的一個過程. (1)通常把e1.601019C的電荷叫做元電荷所有帶電體的電荷都是元電荷的整數(shù)倍元電荷并非是一種電荷，而是最小電荷量值它也是電荷量的最小單位 (2)電子的電荷量和其質(zhì)量的比值，叫做電子的比荷 電子的比荷為 有人說質(zhì)子或電子是元電荷，對嗎？質(zhì)子和電子的比荷相同嗎？ 答案：不是元電荷是最小的帶電單位，不是帶電粒子，沒有電性之說質(zhì)子、電子的電荷量相同，但質(zhì)子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子，所以電子的比荷大于質(zhì)子的比荷 誤區(qū)1：相互吸引的一定是帶異種電荷的物體 點撥：除了帶異種電

11、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)2：兩個帶電體相互接觸后電荷量平分 點撥：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，那就是兩個相互接觸的物體必須是兩個完全相同的球體 誤區(qū)3：通過一定的方法可以使物體帶上任意大小的電量 點撥：電荷量不能連續(xù)變化，因為最小的電荷量為1.601019C.質(zhì)子及電子所帶電荷量的絕對值與元電荷電荷量相等，但不能說它們帶有一個元電荷 A導(dǎo)體帶負(fù)電荷，B導(dǎo)體帶同樣多的正電荷，將A，B兩導(dǎo)體連在一起，以下說法正確的是() A兩導(dǎo)體上的正負(fù)電荷完全消失了 BA導(dǎo)體上的負(fù)電荷全部跑到B導(dǎo)體上去了

12、，而B導(dǎo)體上的正電荷全部跑到A導(dǎo)體上去了 CA導(dǎo)體上的一部分負(fù)電荷跑到B導(dǎo)體上，而B導(dǎo)體上的一部分正電荷跑到A導(dǎo)體上，剛好被中和 D以上說法均不正確 解析：容易錯選AB. 錯選原因為：從電荷的中和結(jié)果是彼此不帶電的認(rèn)識上，誤認(rèn)為電荷消失了，從而錯選A.這其實違背了電荷守恒定律 沒有考慮到只有自由電荷才可以定向移動，從而錯選B.導(dǎo)體中只有自由電子可以自由移動 正確選項為D.A，B兩個導(dǎo)體帶有等量的異種電荷，把它們連在一起，發(fā)生了電中和現(xiàn)象其實質(zhì)是A導(dǎo)體上的多余電子(負(fù)電荷)全部跑到B導(dǎo)體上，與B導(dǎo)體上等量的正電荷中和了 答案：D 點評：(1)等量異種電荷的中和是正、負(fù)電荷完全相互抵消，即凈電荷為

13、零正、負(fù)電荷本身依然存在，并不是正、負(fù)電荷分別消失電荷既不能創(chuàng)造，也不能消失可見電荷的中和是“凈電荷”的減少或消失 (2)在導(dǎo)體中，只有能自由移動的電荷才能發(fā)生移動(如金屬導(dǎo)體中能移動的是帶負(fù)電的電子) 關(guān)于電荷量的下列說法中哪些是錯誤的() A物體所帶的電荷量可以為任意實數(shù) B物體所帶的電荷量只能是某些值 C物體帶正電荷1.6109C，這是因為失去了1.01010個電子 D物體帶電荷量的最小值是1.61019C 答案：A 解析：任何帶電體的電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍，而不是任意值物體帶電荷量的最小值應(yīng)為元電荷量的1倍，是e1.61019C 物體帶正電是因為失去電子，失電子的個數(shù)為nQ/e 故

14、選項A符合題意. 給你一個帶正電荷的金屬球A，和兩個不帶電的金屬球B、C，你有哪些辦法可以讓B帶負(fù)電，有哪些辦法可以讓B帶正電？ 解析：使B球帶負(fù)電的方法有：方法一：先使B與C靠在一起，讓A靠近B，然后分開B、C再移走A，B就帶負(fù)電方法二：讓A靠近B，用手接觸一下B球，把手拿開后，B就帶負(fù)電方法三：讓A靠近B，用一根導(dǎo)線把B與大地連接后，撤去導(dǎo)線，移去A，則B帶負(fù)電 使B球帶正電的方法有：方法一：讓A與B接觸后再分開，則B帶正電荷方法二：先使B與C靠在一起，讓A靠近C，然后分開B、C，再移走A，則B帶正電 點評：使物體帶電的方式有摩擦起電、接觸起電和感應(yīng)起電，摩擦起電一般限于使絕緣體帶電，接觸

15、起電使相互接觸的兩個導(dǎo)體只能帶同種電荷，而感應(yīng)起電則可根據(jù)需要使導(dǎo)體帶各種電荷，且不改變施感電荷的電荷量 (2009惠陽高二檢測)使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器的箔片張開下列各圖表示驗電器上感應(yīng)電荷的分布情況，正確的是() 答案：B 用綢布摩擦有機(jī)玻璃棒后，將玻璃棒靠近懸吊著的用錫紙揉成的小紙團(tuán)時，原本不帶電的錫紙團(tuán)會被吸引，然后又被彈開，試解釋這個現(xiàn)象 解析：綢布摩擦過的玻璃棒A帶上了正電，當(dāng)它靠近錫紙團(tuán)B(導(dǎo)體)時，產(chǎn)生靜電感應(yīng)(右圖)感應(yīng)負(fù)電荷被A上正電荷吸引，感應(yīng)正電荷被A上正電荷排斥因感應(yīng)正電荷比感應(yīng)負(fù)電荷離A遠(yuǎn)，排斥力小于吸引力，故錫紙團(tuán)受吸引力作用而靠攏A. 一旦錫紙團(tuán)

16、B與A接觸，原本總體呈中性的B便得到從A轉(zhuǎn)移過來的正電荷而帶上正電(其實質(zhì)是中性導(dǎo)體B上的電子轉(zhuǎn)移到A上，B缺少電子后便帶正電)，于是A、B因帶同種電荷互相排斥而分離 點評：本題考查了三個知識點： (1)帶電體有吸引輕小物體的性質(zhì)； (2)接觸帶電； (3)同種電荷相互排斥 絕緣細(xì)線上端固定，下端懸掛一個輕質(zhì)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都不帶電，如圖所示，現(xiàn)使a、b分別帶正、負(fù)電，則() Ab將吸引a，吸引后不放開 Bb先吸引a接觸后又分開 Ca、b之間不發(fā)生相互作用 Db立即把a(bǔ)排斥開 答案：B 解析：因a帶正電，b帶負(fù)電，異種電荷相互吸引，輕質(zhì)小球?qū)?/p>

17、向b靠攏并與b接觸；當(dāng)小球a與b接觸后，將對兩球所帶的電荷進(jìn)行重新分配，結(jié)果兩球帶同種電荷(正電或負(fù)電)，因此兩球?qū)懦忾_若a、b原先帶電荷量相等，則a、b接觸后中和而都不帶電，a、b由此分開. 人體吸收空氣中的負(fù)離子后，能增強(qiáng)心肺功能，促進(jìn)血液循環(huán)，加快新陳代謝，提高免疫能力，還能提高大腦中樞神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用目前醫(yī)學(xué)上也常用“負(fù)離子發(fā)生器”產(chǎn)生負(fù)離子來治療氣管炎、哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病 (1)請你利用所學(xué)知識分析“負(fù)離子發(fā)生器”是怎樣產(chǎn)生的負(fù)離子你認(rèn)為都市中什么地方、什么時候負(fù)離子含量多，空氣新鮮 (2)空氣中的負(fù)離子，主要是氧氣結(jié)合自由電子形成的，寫出形成負(fù)氧離子的反應(yīng)式 (3)雨林、噴泉、瀑布附近空氣特別清新，而室內(nèi)電器工作時空氣負(fù)離子少，為什么？ 解析：(1)“負(fù)離子發(fā)生器”是利用高壓電場使空氣分子電離而產(chǎn)生負(fù)離子的都市公園內(nèi)的早晨空氣新鮮，負(fù)離子含量多 (2)空氣中負(fù)氧離子產(chǎn)生的反應(yīng)式為 O24e2O2 (3)雨林、噴泉、瀑布附近，空氣潮濕，空氣流動時微小水滴會因摩擦而帶電，從而使周圍的空氣分子帶上電而電器室內(nèi)，一是空氣穩(wěn)定，二是電器工作時要產(chǎn)生靜電與空氣負(fù)離子中和，負(fù)離子要少 點評：本題以空氣負(fù)離子為背景，將物理、化