物理人教版高中必修三（2019年新編）9-1 電荷（教案）

9.1電荷學(xué)習(xí)目標(biāo)1．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。2．知道元電荷的概念，認(rèn)識(shí)各種起電方法及實(shí)質(zhì)。3．理解電荷守恒定律的內(nèi)容。重點(diǎn)：電荷守恒定律。難點(diǎn)：利用電荷守恒定律分析解決相關(guān)問(wèn)題摩擦起電和感應(yīng)起電的相關(guān)問(wèn)題。知識(shí)點(diǎn)一、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(guò)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(guò)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：原子由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成，電子繞原子核高速旋轉(zhuǎn)。原子核正電荷的數(shù)量跟核外電子負(fù)電荷的數(shù)量相等，所以整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn)位置表現(xiàn)為電中性。（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。（3）金屬原子中離原子核較遠(yuǎn)的電子，往往會(huì)脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動(dòng)，這種能自由活動(dòng)的電子叫做自由電子，失去電子的原子便成了帶正電的離子。4．物體帶電：物體有了吸引輕小物體的性質(zhì)，我們就說(shuō)它帶了電，或有了電荷。當(dāng)物體內(nèi)的正電荷數(shù)量多于負(fù)電荷數(shù)量時(shí)，物體帶正電，反之，帶負(fù)電。正電荷數(shù)量與負(fù)電荷數(shù)量相等時(shí)，物體不帶電。【題1】絕緣細(xì)線上端固定，下端掛一輕質(zhì)小球a，a的表面鍍有鋁膜；在a旁有一絕緣金屬球b，開(kāi)始時(shí)，a、b都不帶電，如圖所示，現(xiàn)使b帶電，則A．b將吸引a，吸住后不放開(kāi)B．b先吸引a，接觸后又把a(bǔ)排斥開(kāi)【答案】B【解析】b球帶電后，使a產(chǎn)生靜電感應(yīng)，感應(yīng)的結(jié)果是a靠近b的一側(cè)出現(xiàn)與b異種的感應(yīng)電荷，遠(yuǎn)離b的一側(cè)出現(xiàn)與b同種的感應(yīng)電荷。雖然a上的感應(yīng)電荷等量異號(hào)，但因?yàn)楫惙N電荷離b更近，所以b對(duì)a的靜電力表現(xiàn)為引力。當(dāng)b吸引a使兩者接觸后，由于接觸帶電，b、a便帶同種電荷，有斥力作用，因而又把a(bǔ)排斥開(kāi)，所以B正確。C．a(chǎn)、b之間不發(fā)生相互作用D．b立即把a(bǔ)排斥開(kāi)知識(shí)點(diǎn)二、三種起電方式1．接觸起電：（1）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(kāi)，而使不帶電的導(dǎo)體帶上電荷的方式，如圖。（2）本質(zhì)：接觸起電的本質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移。2．摩擦起電：（1）兩個(gè)物體相互摩擦?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(lái)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。如玻璃棒與絲綢摩擦?xí)r，玻璃棒容易失去電子而帶正電；硬橡膠棒與毛皮摩擦?xí)r，硬橡膠棒容易得到電子而帶負(fù)電。如圖。（2）摩擦起電的本質(zhì)：摩擦起電時(shí)，電荷并沒(méi)有憑空產(chǎn)生，其本質(zhì)是發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移，所以兩個(gè)相互摩擦的物體一定是同時(shí)帶上性質(zhì)不同的電荷，且電荷量相等.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(guò)程，如圖。（4）感應(yīng)起電的操作步驟：①如圖所示，使帶電體C（如帶正電）靠近相互接觸的兩導(dǎo)體A、B。②保持C不動(dòng)，用絕緣工具分開(kāi)A、B。③如圖所示，移走C，則A帶負(fù)電，B帶正電。若先移走C，再分開(kāi)A、B，則A、B原來(lái)在C的作用下感應(yīng)出的異種電荷會(huì)立即中和，A、B分開(kāi)后不帶電。（5）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(wèn)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?！绢}2】如果天氣干燥，晚上脫毛衣時(shí)，會(huì)聽(tīng)到“噼啪”的響聲，還會(huì)看到電火花，關(guān)于這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，下列說(shuō)法正確的是A．人身體上產(chǎn)生電流B．接觸帶電造成的C．摩擦起電造成的D．感應(yīng)起電造成的【答案】C【解析】脫毛衣時(shí)由于摩擦起電，衣服間產(chǎn)生異種電荷，當(dāng)電荷積累到一定程度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電火花，并伴有“噼啪”聲，選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。4．三種起電方式比較摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電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)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(kāi)兩物體（或先斷開(kāi)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。5．驗(yàn)證物體是否帶電的兩種方法（1）將物體靠近輕小物體（例如紙片、頭發(fā)），若能吸引輕小物體則帶電，否則不帶電。（2）將待檢驗(yàn)物體靠近或接觸驗(yàn)電器的金屬球，若金屬箔片張開(kāi)則帶電，否則不帶電。【題3】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(shuō)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(kāi)B．把C移近導(dǎo)體A，先把A、B分開(kāi)，然后移去C，A、B上的金屬箔片仍張開(kāi)C．先把C移走，再把A、B分開(kāi)，A、B上的金屬箔片仍張開(kāi)D．先把A、B分開(kāi)，再把C移走，然后重新讓A、B接觸，A上的金屬箔片張開(kāi)，而B(niǎo)上的金屬箔片閉合【答案】AB【解析】（1）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(kāi)，A正確。（2）C靠近后保持不動(dòng)，把A、B分開(kāi)，A、B上的電荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍帶等量的異種感應(yīng)電荷，此時(shí)即使再移走C，因A、B已經(jīng)絕緣，所帶電荷量也不會(huì)變，金屬箔片仍張開(kāi)，B正確。（3）先移走C，再把A、B分開(kāi)，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(kāi)，C錯(cuò)。（4）先把A、B分開(kāi)，移走C，然后重新讓A、B接觸，A、B所帶的異種電荷馬上中和，箔片都不會(huì)張開(kāi)，D錯(cuò)?！绢}4】如圖所示，放在絕緣支架上帶正電的導(dǎo)體球A，靠近放在絕緣支架上不帶電的導(dǎo)體B，導(dǎo)體B用導(dǎo)線經(jīng)開(kāi)關(guān)S接地，現(xiàn)把S先合上再斷開(kāi)，再移走A，則導(dǎo)體BA．不帶電B．帶正電C．帶負(fù)電 D．不能確定【答案】C【解析】易錯(cuò)分析：對(duì)于絕緣柱支持的導(dǎo)體B，由于靜電感應(yīng)，其左端帶負(fù)電，右端帶正電。左端接地，左端電荷被導(dǎo)走，導(dǎo)體B帶正電，故選B。在感應(yīng)起電的過(guò)程中，遠(yuǎn)端帶同種電荷，近端帶異種電荷。將B的左端接地后，B和地球組成了一個(gè)大導(dǎo)體，地球是導(dǎo)體的遠(yuǎn)端，故B成了近端，帶負(fù)電。【題5】用棉布分別與丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此對(duì)摩擦起電說(shuō)法正確的是A．兩個(gè)物體摩擦?xí)r，表面粗糙的易失去電子B．兩個(gè)物體摩擦起電時(shí)，一定同時(shí)帶上種類(lèi)及數(shù)量不同的電荷C．兩個(gè)物體摩擦起電時(shí)，帶上電荷的種類(lèi)不同但數(shù)量相等D．同一物體與不同種類(lèi)物體摩擦，該物體的帶電荷種類(lèi)可能不同【答案】CD【解析】?jī)晌矬w摩擦?xí)r得失電子取決于原子對(duì)電子的束縛力大小，A錯(cuò)。由于摩擦起電的實(shí)質(zhì)是電子的得失，所以兩物體帶電種類(lèi)一定不同，數(shù)量相等，B錯(cuò)C對(duì)。由題中例子不難看出同一物體與不同種類(lèi)物體摩擦，帶電種類(lèi)可能不同，D對(duì)。知識(shí)點(diǎn)三、電荷守恒定律1．兩種表述表述一：電荷既不會(huì)創(chuàng)生，也不會(huì)消失，它只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，電荷的總量保持不變。表述二：一個(gè)與外界沒(méi)有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和不變。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。起電過(guò)程的本質(zhì)都是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是說(shuō)物體所帶電荷的重新分配。不論哪一種起電過(guò)程都沒(méi)有創(chuàng)造電荷，也沒(méi)有消滅電荷。3．對(duì)電荷守恒定律的理解（1）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。（2）兩種典型的摩擦起電現(xiàn)象：一是用絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒帶正電；二是用毛皮摩擦橡膠棒，橡膠棒帶負(fù)電。玻璃棒和橡膠棒上帶的電都不是憑空產(chǎn)生的，而是通過(guò)摩擦使物體之間發(fā)生了電子得失的現(xiàn)象，符合電荷守恒定律，可以推斷：與玻璃棒摩擦過(guò)的絲綢要帶負(fù)電，與橡膠棒摩擦過(guò)的毛皮要帶正電。（3）帶等量異種電荷的兩金屬球相接觸，發(fā)生電荷中和，兩球都不再帶電，這個(gè)過(guò)程中兩球所帶電荷的總量并沒(méi)有變（為零），電荷也是守恒的。（4）電荷守恒定律的廣泛性：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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律。如：由一個(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(méi)、轉(zhuǎn)化為光子。在這種情況下，帶電粒子總是成對(duì)產(chǎn)生或湮沒(méi)，電荷的代數(shù)和不變。4．“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(guò)程。5．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(wú)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(kāi)都帶有eq\f(Q1＋Q2,2)的電量，式中電量Q1、Q2均包含它們的正負(fù)號(hào)?！绢}6】對(duì)物體帶電現(xiàn)象的敘述，正確的是A．不帶電的物體一定沒(méi)有電荷B．帶電物體一定具有多余的電子C．一根帶電的導(dǎo)體棒放在潮濕的房間，過(guò)了一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體棒不帶電了，這過(guò)程中電荷不守恒D．摩擦起電實(shí)際上是電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體【答案】D【解析】不帶電的物體內(nèi)部正電荷的電量和負(fù)電荷的電量相等，體現(xiàn)出電中性，故A錯(cuò)誤；物體帶電可能有多余的正電荷，也有可能有多余的負(fù)電荷，故B錯(cuò)誤；導(dǎo)體棒上面的電荷通過(guò)潮濕的空氣發(fā)生了轉(zhuǎn)移，電荷仍然守恒，故C錯(cuò)誤；物體帶電的本質(zhì)都是電荷的轉(zhuǎn)移，故D正確。知識(shí)點(diǎn)四、元電荷1．電荷量：電荷的多少叫電荷量，簡(jiǎn)稱(chēng)電量。其國(guó)際單位為庫(kù)侖，符號(hào)是C。2．元電荷：科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最小電荷量，就是電子所帶的電荷量，這個(gè)最小的電荷量叫元電荷，用e表示，這是電荷的最小單位。3．元電荷的數(shù)值：e＝1.60×10－19C。其它帶電體所帶電荷量一定是元電荷的整數(shù)倍。即物體帶的電荷量是不能連續(xù)變化的物理量，只能是元電荷的整數(shù)倍。元電荷的數(shù)值最早是由美國(guó)科學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。4．比荷：電子的電荷量e和電子的質(zhì)量me之比叫電子的比荷。電子的比荷也是一個(gè)常用的物理量，電子的比荷為eq\f(e,me)＝eq\f(1.60×10－19,0.91×10－30)C/kg＝1.76×1011C/kg?！绢}7】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Q1＝6.4×10－9C，Q2＝－3.2×10－9C，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(guò)程中，電子如何轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移了多少個(gè)電子？【答案】1.6×10－9C、1.6×10－9C、3.0×1010個(gè)【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，QA′＝QB′＝eq\f(Q1＋Q2,2)＝eq\f(6.4×10－9－3.2×10－9,2)C＝1.6×10－9C。在接觸過(guò)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ΔQ＝－Q2＋QB′＝（3.2×10－9＋1.6×10－9）C＝4.8×10－9C，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n＝eq\f(ΔQ,e)＝eq\f(4.8×10－9,1.6×10－19)個(gè)＝3.0×1010個(gè)?！绢}8】A、B兩物體均不帶電，相互摩擦后A帶負(fù)電荷，電荷量大小為Q，則B的帶電情況是A．帶正電荷，電荷量大于QB．帶正電荷，電荷量等于QC．帶負(fù)電荷，電荷量大于QD．帶負(fù)電荷，電荷量等于Q【答案】【解析】根據(jù)電荷守恒定律可知，AB相互摩擦后，A得到電子的能力大于B，物體帶負(fù)電荷，物體B帶正電荷，電荷量等于Q，故B選項(xiàng)正確?！绢}9】如圖所示為科技館里一個(gè)趣味體驗(yàn)項(xiàng)目的照片和簡(jiǎn)化圖，核心裝置為一個(gè)金屬球，在干燥的空氣里，體驗(yàn)者雙腳站在絕緣凳上，手（圖中為右手）按在金屬球上，并遠(yuǎn)離周?chē)渌矬w。一條特殊傳送帶（圖中未畫(huà)出）給金屬球不斷地輸送電荷，過(guò)一段時(shí)間后，體驗(yàn)者的頭發(fā)便會(huì)四處散開(kāi)，甚至倒立，十分有趣，在此狀態(tài)下，下列分析正確的是A．若用左手也去摸金屬球，會(huì)被電擊B．若用左手與旁邊的觀眾握手，會(huì)