2019-2020学年高中物理 第一章 静电场 第1节 电荷 电荷守恒定律课件 教科版选修3-1

第一章静电场第1节电荷电荷守恒定律[课标解读]1.知道自然界中的两种电荷及其相互作用的性质.2.知道使物体带电的三种方式.3.掌握电荷守恒定律及元电荷的概念．01课前自主梳理02课堂合作探究03核心素养提升04课后巩固提升课时作业一、摩擦起电两种电荷1．摩擦起电通过_______使物体带电的方法．2．电荷的电性及作用(1)电性：用丝绸摩擦过的玻璃棒带_______，用毛皮摩擦过的橡胶棒带_______．(2)作用：同种电荷相互_______，异种电荷相互_______．摩擦正电负电排斥吸引3．电荷量电荷的多少叫电荷量，简称电量，单位是_______，用字母_______表示．4．原子的组成原子由原子核和_______组成，原子核由带正电的_______和不带电的_______组成．库仑C电子质子中子二、电荷守恒定律1．元电荷一个电子所带电荷量的绝对值，是电荷的最小单元，记作e＝_______________，任何带电体所带电荷量都是元电荷的__________．2．电荷守恒定律电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分．也就是说，在任何自然过程中，电荷的代数和是_____的．1.6×10－19C整数倍守恒[判断](1)物体所带的电荷量可以为任意实数．()(2)不带电的物体上，既没有正电荷也没有负电荷．()(3)摩擦起电的过程，是靠摩擦产生了电荷．()答案：(1)×(2)×(3)×三、静电感应和感应起电1．静电感应当带电体靠近不带电的导体时，由于电荷的相互作用，使不带电的导体两端出现_____电荷的现象．2．感应起电利用__________使导体带电的方法.静电感应异种要点一三种起电方式的比较方式内容摩擦起电感应起电接触起电产生条件两不同绝缘体摩擦导体靠近带电体导体与带电导体接触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”导体带上与带电体相同电性的电荷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)自由电荷在带电体与导体之间发生转移内容摩擦起电感应起电接触起电举例摩擦后的毛皮与橡胶棒分别带正电和负电带电体靠近验电器金属小球时，锡箔张开验电器的工作原理实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移[特别提醒](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)感应起电只适用于导体，绝缘体因其无自由移动的电荷而不会感应起电．(3)摩擦起电中对原子核外电子束缚能力差的物体失去电子而带正电，对原子核外电子束缚能力强的物体得到电子而带负电．(4)两个完全相同的带同种电荷的金属球，接触后再分开时各自的带电荷量可用公式QA′＝QB′＝QA＋QB2计算．若带异种电荷，则先中和后平分，QA、QB含有表示电性的正负号．[例1](多选)如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球．下列说法正确的是()A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开B．把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开C．先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开D．先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合[思路点拨]解此题应注意两点：(1)A、B两端电荷的电性及电荷量的关系．(2)先把C移走和先把A、B分开的区别．[解析]虽然A、B起初都不带电，但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用，使A、B中的自由电子向左移动，使得A端积累了负电荷，B端积累了正电荷，其下部贴有的金属箔片因为接触带电，也分别带上了与A、B同种的电荷．由于同种电荷间的斥力，所以金属箔片都张开，A正确．C只要一直在A、B附近，先把A、B分开，A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走C，因A、B上的异种电荷不能中和，故所带电荷量也不变，金属箔片仍张开，B正确．但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上在其相互吸引力的作用力下中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错误．先把A、B分开，再移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷完全中和，箔片都不会张开，D错误．[答案]AB两类感应起电的步骤感应起电一般分为感应接地起电和感应分离起电两类．(1)感应接地起电的步骤，如图所示：①将一个带电体A靠近金属球B.②用手接触一下金属球B(相当于将B球接地一下)，再将手拿开．③移去带电体A，则这时金属球B上带上了和带电体A异号的电荷．(2)感应分离起电的步骤，如图所示．①将金属球A和B彼此接触．②把带电棒C移近导体A.③先把A和B分开，然后移去C，则A带上和C异号的电荷，B带上和C同号的电荷．1．(多选)关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是()A．摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造出电荷B．摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体C．感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分D．感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体解析：摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移，失电子的物体带正电，得电子的物体带负电，此过程中没有创造电荷，A错，B对；感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，是电荷在同一导体内部发生了转移，C对，D错．答案：BC2．如图所示的装置中，A、B是两个架在绝缘支座上的金属球，原来不带电，中间用导线连接，现用一个带正电的小球C靠近B球，用手摸一下B，然后撤去导线，再拿走小球C，那么()A．A球带正电，B球带负电B．A球带正电，B球不带电C．A球不带电，B球带负电D．以上三种说法都不对解析：导线没撤时，远端A感应出正电荷，近端B感应出负电荷，但当用手摸B时，无论摸整体的哪一部分，A和B球成为一个新的导体，近端B感应出负电，远端大地的另一侧感应出正电，此时A不带电．当撤离导线后，A球也不带电，B球带负电，故C项正确．若先移走小球C，再撤导线，则A、B都带负电．答案：C3．(多选)如图所示，a、b、c、d为四个带电小球，两球之间的作用分别为a吸引d，b排斥c，c排斥a，d吸引b，则关于它们的带电情况正确的是()A．仅有两个小球带同种电荷B．a、b、c三个小球带同种电荷C．c、d两小球带同种电荷D．c、d两小球带异种电荷解析：根据它们之间的相互吸引和排斥的关系可知a、b、c带同种电荷，d和其他三个小球带电性质不同．在解决该题时可以先假设其中一个带电小球的带电性质．答案：BD电荷之间的相互作用，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；另外，带电体具有吸引轻小物体的性质．若带电体与不带电的物体相接触，由于电荷的重新分配，两物体会带上同种电荷，电荷之间就会有相互作用的排斥力．要点二对电荷守恒定律的理解1．起电过程的本质：微观带电粒子(如电子)在物体之间或物体内部转移，而不是创造电荷．2．“中性”“中和”的本质：电中性的物体是有电荷存在的，只是正、负电荷的代数和为零，对外不显电性；电荷的中和是指带异种电荷的两物体相接触，使它们所带电荷量减少，或者为零的过程．3．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．[例2]有两个完全相同的带电金属小球A、B，分别带电荷量为QA＝6.4×10－9C，QB＝－3.2×10－9C，让这两个小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少个？[思路点拨]两个完全相同的金属球接触后，正、负电荷先中和后平分，参与转移的只是导体中的自由电子．[解析]接触达到静电平衡后，两球电荷量相等，电荷量为QA′＝QB′＝QA＋QB2＝（6.4×10－9）＋（－3.2×10－9）2C＝1.6×10－9C在接触过程中，电子从B球转移到A球，则B球共转移的电子的电荷量为ΔQB＝QB′－QB＝1.6×10－9C－(－3.2×10－9)＝4.8×10－9C转移的电子数为n＝ΔQBe＝4.8×10－9C1.6×10－19C＝3×1010.[答案]由B球转移到A球3×1010用带电物体与不带电物体接触，或两个带相反电荷但所带电荷量不同的物体相接触，都可以使物体带上同种电荷．前一种情况，如果两个物体相同则平分电荷量；后一种情况是两个物体先中和相同量的异种电荷，然后分配剩余电荷．1．(多选)甲、乙、丙三个物体开始都不带电，现在使甲、乙两个物体相互摩擦后，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8.0×10－16C．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8.0×10－16CB．乙物体可能带有负电荷2.4×10－15CC．丙物体一定带有正电荷8.0×10－16CD．丙物体一定带有负电荷8.0×10－16C解析：由于甲、乙、丙原来都不带电，即电荷总量为0.甲、乙相互摩擦，导致甲失去的电子的电荷量为1.6×10－15C，甲带1.6×10－15C的正电，而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，乙的带电荷量为1.6×10－15C－8.0×10－16C＝8.0×10－16C，故A、D正确．答案：AD2．两个完全相同的金属球，一个带＋6×10－8C的电荷量，另一个带－2×10－8C的电荷量．把两球接触后再分开，两球分别带电荷量多少？解析：两个完全相同的金属球接触后再分开，电荷先中和再平均分配，故两球均带正电．两球的带电荷量均为q＝q1＋q22＝（＋6×10－8）＋（－2×10－8）2C＝＋2×10－8C.答案：两球带电荷量均为＋2×10－8C使物体带电的实质是电子发生了转移，而不是创造了电荷，并且在转移的过程中，电荷的总量保持不变．若两球接触时，它们带相反电性的电荷，则带电荷量少的负电荷(或正电荷)先被中和，剩余的正电荷(或负电荷)再重新分配．如果两球完全相同，剩余的正电荷(或负电荷)平均分配．验电器的两种使用方式及原理——基本仪器的使用1．带电体接触验电器：当带电体与验电器的金属球接触时，金属球带上电荷，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开，带电体所带电荷量越多，两个金属箔片所带电荷量越多，斥力越大，张开的角度也越大．2．带电体靠近验电器：当带电体靠近验电器的金属球时，带电体会使验电器的金属球感应出异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷，两箔片在斥力作用下张开．[典例](多选)如图所示，有一带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则()A．金属球A可能不带电B．金属球A一定带正电C．金属球A可能带负电D．金属球A一定带负电[思路点拨]产生静电感应时，验电器的金属球为近端，金属箔片为远端，自由电子在验电器内部转移．[解析]验电器的金属箔片张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小取决于两金属箔片带电荷的多少．如果A球带负电，靠近验电器的金属小球时，异种电荷相互吸引，使金属箔片上的正电荷减少，从而使两金属箔片张角减小；如果A球不带电，在靠近金属小球时，发生静电感应现象使A球靠近金属小球的部分带负电荷，远离金属小球的部分带正电荷，A球上的感应电荷与验电器的金属小球上的正电荷发生相互作用，由于A球上的负电荷离验电器的金属小球较近而表现为吸引作用，使金属箔片上的正电荷减少，从而使金属箔片的张角减小，故A、C正确，B、D错误．[答案]AC[素养提升练]1.如图所示，用丝绸摩擦过的玻璃棒和验电器的金属球接触，使验电器的金属箔片张开．关于这一现象，下列说法正确的是()A．两金属箔片上带异种电荷B．两金属箔片上均带负电荷C．箔片上有电子转移到玻璃棒上D．将玻璃棒移走，则金属箔片立即合在一