電荷及其守恒定律

1、第一章 靜電場,“靜電場”是電學的基礎知識，承前啟后，也是歷年高考的重點之一.需要我們在理解基本概念的基礎上，掌握電荷守恒定律、庫侖定律、場強疊加、勻強電場中電場強度與電勢差的關系、帶電粒子在電場中的運動等有關規(guī)律.學會運用電場線、等勢面等幾何方法形象地描述電場的分布；熟練將運動學和力學的規(guī)律應用到電場中，分析、解決帶電粒子在電場中的運動問題.,本章特點之一是概念多且抽象.靜電場的概念及電場強度、電勢、電勢差、電勢能等物理量的理解都是比較抽象的，但是我們可以把它們與重力場及重力加速度、高度、高度差、重力勢能等進行類比，在類比中加深對本章知識的掌握.,本章特點之二是綜合性較強.許多知識是在力學知

2、識的基礎上學習的，所以在學習電學知識前要復習好必要的力學規(guī)律.在分析問題的過程中要經(jīng)常把力、電規(guī)律密切聯(lián)系，綜合運用.本章對能力的具體要求是概念準確，不亂套公式，懂得規(guī)律的成立條件及適用范圍，從規(guī)律出發(fā)進行邏輯推理，把相關知識融會貫通，靈活處理物理問題.,第一節(jié) 電荷及其守恒定律,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. 易錯問題：把質子、電子誤認為元電荷.,1物質的電結構：原子由帶 的原

3、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 . 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.,正電,負電,相等,電中性,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,感應起電的方式能使絕緣體帶電嗎？,思考,(2)感應起電：把帶電體移近不帶電

4、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，電荷的總量保持不變. 表述二：一個與外界沒有 交換的系統(tǒng)，電荷的 保持不變.,消滅,創(chuàng)生,另一個物體,另一部分,電荷,代數(shù)和,三、電荷量 1電荷量

5、：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，即電子所帶的電荷量，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,1.61019,密立根,電荷量,質量,一、三種起電方式的比較,1.感應起電成功的關鍵在于先分開兩物體(或先斷開接地線)然后再移去帶電體. 2兩個完全相同的帶電金屬球，接觸后再分開時各自的帶電量可用公式 計算.,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

6、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.,如圖111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111,例1,A甲圖中兩球一定帶異種電荷 B乙圖中兩球一

7、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,【解析】 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(nèi)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,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112所示，現(xiàn)使b球帶電，則 ( ),圖112,Aa、b

8、之間不發(fā)生相互作用 Bb將吸引a，吸在一起不分開 Cb立即把a排斥開 Db先吸引a，接觸后又把a排斥開,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113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 ( ),圖113,例2,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,【解析】 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

9、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 【思維總結】 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(nèi)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.,2例題中，能使甲、乙兩球帶同種電荷的是 ( ) 解析：選CD.接觸起電使甲、乙兩球都帶負電，所以C對，

10、乙球瞬時接地，甲球帶正電，乙球不帶電，再移走棒，甲、乙兩球均帶正電，故D對.,如圖114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 ( ),例3,圖114,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 【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.,【解析】 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

11、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,【思維總結】 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.,3(2010年武漢市調(diào)研測試)如圖1

12、15所示，用起電機使金屬球A帶上正電，靠近驗電器B，則 ( ),圖115,A驗電器金箔不張開，因為球A沒有和B接觸 B驗電器金箔張開，因為整個驗電器都帶上了正電 C驗電器金箔張開，因為整個驗電器都帶上了負電 D驗電器金箔張開，因為驗電器下部箔片都帶上了正電,解析：選D.A球帶正電，靠近驗電器B時，發(fā)生靜電感應，驗電器的金屬球帶負電，金屬箔片帶正電而張開.,有A、B、C三個完全相同的金屬球，A帶1.2104C的正電荷，B、C不帶電，現(xiàn)用相互接觸的方法使它們都帶電，則A、B、C所帶的電荷量可能是下面哪組數(shù)據(jù) ( ) A6.0105C,4.0105C,4.0105C B6.0105C,4.0105C

13、,2.0105C C4.5105C,4.5105C,3.0105C D5.0105C,5.0105C,2.0105C,例4,【解析】 三個球電荷量的總和大于原來A球的電荷量，由電荷守恒定律排除A項；無論什么時候，若三個球同時接觸，則每球各分總電荷量的1/3，且之后無論怎樣接觸，各球的電荷量都不會再發(fā)生變化.若三球電荷量不相等，最后一次必為兩球接觸，則必有兩個球的電荷量相等.從而可排除B；選項C、D，均滿足電荷守恒定律，設從第一次兩球接觸開始，如A、B接觸，A、B各帶電荷量6.0105C，,第二次B、C接觸后各帶電荷量3.0105C，三球所帶電荷量分別為6.0105C、3.0105C、3.010

14、5C；第三次用A、B接觸，各分電荷量4.5105C，即選項C的分配結果，由此又可推知，此后無論怎樣接觸，電荷量也不會多于4.5105C，從而選C而否定D. 【答案】 C,【思維總結】 本題用電荷守恒定律排除和遞推找出獲得所給電荷量分配的途徑，即可最終得到結果.,4(2010年北京市東城區(qū)高三綜合練習)原來甲、乙、丙三物體都不帶電，今使甲、乙兩物體相互摩擦后，乙物體再與丙物體接觸，最后，得知甲物體帶正電1.61015 C，丙物體帶電81016 C則對于最后乙、丙兩物體的帶電情況下列說法中正確的是 ( ),A乙物體一定帶有負電荷81016 C B乙物體可能帶有負電荷2.41015 C C丙物體一定

15、帶有正電荷81016 C D丙物體一定帶有負電荷81016 C,解析：選AD.由于甲、乙、丙原來都不帶電，即都沒有凈電荷.甲、乙摩擦導致甲失去電子1.61015 C而帶正電，乙物體得到電子而帶1.61015 C的負電荷；乙物體與不帶電的丙物體接觸，從而使一部分負電荷轉移到丙物體上，故可知乙、丙兩物體都帶負電荷，由電荷守恒可知乙最終所帶負電的多少為1.61015 C81016 C81016 C，故A、D正確.,1以下判斷小球是否帶電的說法中正確的是( ) A用一個帶電體靠近它，如果能夠吸引小球，則小球一定帶電 B用一個帶電體靠近它，如果能夠排斥小球，則小球一定帶電,C用驗電器的金屬球接觸它后，如

16、果驗電器的金屬箔能改變角度，則小球一定帶電 D如果小球能吸引小紙屑，則小球一定帶電 解析：選BD.用一個帶電體靠近它，如果能夠吸引小球，小球可能帶異種電荷，也可能不帶電；如果能夠排斥小球，則小球一定帶同種電荷.用驗電器的金屬球接觸它時，還需知道驗電器金屬球的帶電情況才能予以判斷.帶電小球能吸引輕小物體是帶電體的性質.,2關于摩擦起電，下列說法中正確的是 ( ) A兩個物體相互摩擦時一定會發(fā)生帶電現(xiàn)象 B摩擦起電的兩個物體一定帶有等量同種電荷 C在摩擦起電現(xiàn)象中負電荷從一個物體轉移到另一個物體 D在摩擦起電現(xiàn)象中正、負電荷同時發(fā)生轉移,解析：選C.在摩擦起電的過程中電子會從一個物體轉移到另一個物體，失去電子的物體帶正電，得到電子的物體帶負電.,3關于元電荷的理解，下列說法中正確的是( ) A元電荷就是電子 B元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量 C元電荷就是質子 D物體