物理：1.1《电荷及其守恒定律》基础知识讲解课件(新人教版选修3-1)

“静电场”是电学的基础知识，承前启后，也是历年高考的重点之一.需要我们在理解基本概念的基础上，掌握电荷守恒定律、库仑定律、场强叠加、匀强电场中电场强度与电势差的关系、带电粒子在电场中的运动等有关规律.学会运用电场线、等势面等几何方法形象地描述电场的分布；熟练将运动学和力学的规律应用到电场中，分析、解决带电粒子在电场中的运动问题.本章特点之一是概念多且抽象.静电场的概念及电场强度、电势、电势差、电势能等物理量的理解都是比较抽象的，但是我们可以把它们与重力场及重力加速度、高度、高度差、重力势能等进行类比，在类比中加深对本章知识的掌握.本章特点之二是综合性较强.许多知识是在力学知识的基础上学习的，所以在学习电学知识前要复习好必要的力学规律.在分析问题的过程中要经常把力、电规律密切联系，综合运用.本章对能力的具体要求是概念准确，不乱套公式，懂得规律的成立条件及适用范围，从规律出发进行逻辑推理，把相关知识融会贯通，灵活处理物理问题.第一节电荷及其守恒定律学习目标：1.经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质.2．理解电荷守恒定律.3．知道什么是元电荷，知道电荷量的概念及其单位，知道比荷的概念.重点难点：起电的实质与电荷守恒定律的理解和应用.易错问题：把质子、电子误认为元电荷.一、电荷及起电方式1．物质的电结构：原子由带的原子核和带的电子组成，电子绕原子核高速旋转.原子核的正电荷的数量跟核外电子的负电荷的数量，所以整个原子对外界较远位置表现为.金属原子中离原子核较远的电子，往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种能自由活动的电子叫做，失去电子的原子便成了带正电的离子.正电负电相等电中性自由电子2．三种起电方式(1)摩擦起电：用丝绸摩擦的玻璃棒带，则丝绸带有，这是因为玻璃棒上的部分转移到了丝绸上；用毛皮摩擦过的橡胶棒带，毛皮带，这是因为毛皮上的部分转移到了橡胶棒上.正电负电电子负电正电电子(2)感应起电：把带电体移近不带电的导体，可以使靠近带电体的一端带电荷，远离的一端带电荷，这种现象叫做，利用静电感应使物体带电的过程叫做.(3)接触起电：不带电的物体与带电的物体接触后会带上电荷，这种使物体带电的方式叫做，两个完全相同的物体接触后，会使电荷量.异号同号静电感应感应起电接触起电平分感应起电的方式能使绝缘体带电吗？【思考·提示】不能.绝缘体中几乎没有自由电荷.二、电荷守恒定律表述一：电荷既不会，也不会，只能从一个物体转移到，或者从物体的一部分转移到.在转移过程中，电荷的总量保持不变.表述二：一个与外界没有交换的系统，电荷的保持不变.消灭创生另一个物体另一部分电荷代数和三、电荷量1．电荷量：电荷的多少.其国际单位是，简称库，用C表示.2．元电荷：最小的电荷量，即所带的电荷量，用e表示，e＝C，最早由美国物理学家测得.3．电子的比荷：电子的与电子的之比.库仑1.6×10－19密立根电荷量质量电子一、三种起电方式的比较摩擦起电感应起电接触起电产生条件两不同绝缘体摩擦时导体靠近带电体时导体与带电导体接触时现象两物体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷，且电性与原带电体“近异远同”导体上带上与带电体相同电性的电荷摩擦起电感应起电接触起电原因不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而发生电子得失导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)电荷之间的相互排斥实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移1.感应起电成功的关键在于先分开两物体(或先断开接地线)然后再移去带电体.2．两个完全相同的带电金属球，接触后再分开时各自的带电量可用公式计算.二、电荷守恒定律的理解1．“中性”、“中和”的本质电中性的物体是有电荷存在的，只是代数和为0，对外不显电性；电荷的中和是指电荷的种类、数量达到异号、等量时，正负电荷代数和为0.2．“总量”含义：指电荷的代数和.3．起电过程中电荷变化不论哪一种起电过程都没有创造电荷，也没有消灭电荷.本质都是电荷发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配.4．守恒的广泛性电荷守恒定律同能量守恒定律一样，是自然界中最基本的规律，任何电现象都不违背电荷守恒定律，涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律.如：由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正、负电子可同时湮没、转化为光子.在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮没，电荷的代数和不变.如图1－1－1所示，挂在绝缘细线下的小轻质通草球，由于电荷的相互作用而靠近或远离，所以()图1－1－1A．甲图中两球一定带异种电荷B．乙图中两球一定带同种电荷C．甲图中两球至少有一个带电D．乙图中两球只有一个带电【解析】若两物体相互排斥，必定带同种电荷；若两物体相互吸引，二者可能带异种电荷，也可能一个带电荷，另一个不带电荷.当只有一个物体带电时，不带电物体由于受到带电物体电荷的作用，原子内部的异种电荷趋向于靠近带电物体，同种电荷趋向于远离带电物体，这一过程类似于静电感应，因此两物体之间的吸引力大于排斥力，宏观上显示的是吸引力.综上知，B、C选项正确.【答案】BC1．绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b不带电，如图1－1－2所示，现使b球带电，则()图1－1－2A．a、b之间不发生相互作用B．b将吸引a，吸在一起不分开C．b立即把a排斥开D．b先吸引a，接触后又把a排斥开解析：选D.b球带电就能吸引轻质小球a，接触后电荷量重新分配，那么a、b球带同种电荷，然后就要相互排斥.因此本题突出“近旁”，以表达吸引并能接触.如图1－1－3所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下列方法中能使两球都带电的是()图1－1－3A．先把两球分开，再移走棒B．先移走棒，再把两球分开C．使棒与甲球瞬时接触，再移走棒D．先使乙球瞬时接地，再移走棒【解析】由于静电感应，甲球感应出正电荷，乙球感应出负电荷，把两球分开后，它们带上了等量异种电荷，所以A正确；若先将棒移走，则两球不会有静电感应现象产生，所以不会带上电荷，B错误；使棒与甲球接触，则两球会因接触而带上负电荷，所以C正确；若使乙球瞬时接地，则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走，再将棒移走，由于甲、乙是接触的，所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上，结果是两球都带上了正电荷，所以D正确.【答案】ACD【思维总结】对每一种起电方法要理解起电过程，如感应起电是由于外来电荷(电场)的作用使某导体内电荷重新分布，接触起电是由于电荷间作用使两导体间电荷发生转移.2．例题中，能使甲、乙两球带同种电荷的是()解析：选CD.接触起电使甲、乙两球都带负电，所以C对，乙球瞬时接地，甲球带正电，乙球不带电，再移走棒，甲、乙两球均带正电，故D对.如图1－1－4所示，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金箔张角减小，则()图1－1－4A．金属球可能不带电B．金属球可能带负电C．金属球可能带正电D．金属球一定带负电【思路点拨】靠近和接触验电器金属球都可以判断其是否带电，前者发生的是静电感应现象，后者是因为带电体所带的电荷可以转移到验电器上.【解析】验电器的金箔之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小决定于两金箔带电荷量的多少.如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金箔上的正电荷逐渐“上移”，从而使两金箔张角减小，选项B正确，同时否定选项C.如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象使A球靠近B球的端面出现负的感应电荷，而背向B球的端面出现正的感应电荷.A球上负的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，由于负电荷离验电器较近而表现为吸引作用，从而使金箔张角减小，选项A正确，同时否定选项D.【答案】AB【思维总结】验电器可以判断物体是否带电、带电荷的种类及电荷量的多少.当带电体靠近验电器金属球或接触验电器金属球时，验电器的金属箔都会张开，但要注意区分带电体靠近验电器金属球和接触金属球时，验电器所带电荷的不同.3．(2010年武汉市调研测试)如图1－1－5所示，用起电机使金属球A带上正电，靠近验电器B，则()图1－1－5A．验电器金箔不张开，因为球A没有和B接触B．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了正电C．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了负电D．验电器金箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电解析：选D.A球带正电，靠近验电器B时，发生静电感应，验电器的金属球带负电，金属箔片带正电而张开.有A、B、C三个完全相同的金属球，A带1.2×10－4C的正电荷，B、C不带电，现用相互接触的方法使它们都带电，则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据()A．6.0×10－5C,4.0×10－5C,4.0×10－5CB．6.0×10－5C,4.0×10－5C,2.0×10－5CC．4.5×10－5C,4.5×10－5C,3.0×10－5CD．5.0×10－5C,5.0×10－5C,2.0×10－5C【解析】三个球电荷量的总和大于原来A球的电荷量，由电荷守恒定律排除A项；无论什么时候，若三个球同时接触，则每球各分总电荷量的1/3，且之后无论怎样接触，各球的电荷量都不会再发生变化.若三球电荷量不相等，最后一次必为两球接触，则必有两个球的电荷量相等.从而可排除B；选项C、D，均满足电荷守恒定律，设从第一次两球接触开始，如A、B接触，A、B各带电荷量6.0×10－5C，第二次B、C接触后各带电荷量3.0×10－5C，三球所带电荷量分别为6.0×10－5C、3.0×10－5C、3.0×10－5C；第三次用A、B接触，各分电荷量4.5×10－5C，即选项C的分配结果，由此又可推知，此后无论怎样接触，电荷量也不会多于4.5×10－5C，从而选C而否定D.【答案】C【思维总结】本题用电荷守恒定律排除和递推找出获得所给电荷量分配的途径，即可最终得到结果.4．(2010年北京市东城区高三综合练习)原来甲、乙、丙三物体都不带电，今使甲、乙两物体相互摩擦后，乙物体再与丙物体接触，最后，得知甲物体带正电1.6×10－15C，丙物体带电8×10－16C．则对于最后乙、丙两物体的带电情况下列说法中正确的是()A．乙物体一定带有负电荷8×10－16CB．乙物体可能带有负电荷2.4×10－15CC．丙物体一定带有正电荷8×10－16CD．丙物体一定带有负电荷8×10－16C解析：选AD.由于甲、乙、丙原来都不带电，即都没有净电荷.甲、乙摩擦导致甲失去电子1.6×10－15C而带正电，乙物体得到电子而带1.6×10－15C的负电荷；乙物体与不带电的丙物体接触，从而使一部分负电荷转移到丙物体上，故可知乙、丙两物体都带负电荷，由电荷守恒可知乙最终所带负电的多少为1.6×10－15C－8×10－16C＝8×10－16C，故A、D正确.1．以下判断小球是否带电的说法中正确的是()A．用一个带电体靠近它，如果能够吸引小球，则小球一定带电B．用一个带电体靠近它，如果能够排斥小球，则小球一定带电C．用验电器的金属球接触它后，如果验电器的金属箔能改变角度，则小球一定带电D．如果小球能吸引小纸屑，则小球一定带电解析：选BD.用一个带电体靠近它，如果能够吸引小球，小球可能带异种电荷，也可能不带电；如果能够排斥小球，则小球一定带同种电荷.用验电器的金属球接触它时，还需知道验电器金属球的带电情况才能予以判断.带电小球能吸引轻小物体是带电体的性质.2．关于摩擦起电，下列说法中正确的是()A．两个物体相互摩擦时一定会发生带电现象B．摩擦起电的两个物体一定带有等量同种电荷C．在摩擦起电现象中负电荷从一个物体转移到另一个物体D．在摩擦起电现象中正、负电荷同时发生转移解析：选C.在摩擦起电的过程中电子会从一个物体转移到另一个物体，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电.3．关于元电荷的理解，下列说法中正确的是()A．元电荷就是电子B．元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量C