2019-2020学年高中物理 第1章 1 电荷及其守恒定律课件 新人教版选修3-1

第一章静电场1电荷及其守恒定律[学习目标]1.知道自然界中只存在两种电荷，知道电荷间的相互作用。2.了解使物体带电的方法，会从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。(难点)3.理解电荷守恒定律。(重点)4.知道电荷量和元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化。自主预习探新知一、电荷1．两种电荷自然界只存在两种电荷，即和。规定：用丝绸摩擦过的所带的电荷。：用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷。2．电荷间的作用同种电荷相互，异种电荷相互。吸引正电荷负电荷正电荷玻璃棒负电荷排斥3．原子的组成原子由和核外电子组成，原子核由带正电的和不带电的组成，核外电子带。通常原子内正、负电荷的数量相同，故整个原子对外表现为电中性。4．自由电子和离子金属中离原子核最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作，失去这种电子的原子便成为带正电的。离子原子核质子中子负电自由电子二、摩擦起电和感应起电1．摩擦起电当两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电。如玻璃棒与丝绸摩擦时，玻璃棒容易失去而带正电，丝绸因有了而带负电。多余电子转移电子2．感应起电当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带_____电荷，远离带电体的一端带电荷，这种现象叫作。利用静电感应使金属导体带电的过程叫作。感应起电异号同号静电感应三、电荷守恒定律及元电荷1．电荷守恒定律的两种表述方式(1)电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持。(2)一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的保持不变。代数和转移不变2．元电荷(1)电荷量：电荷的叫电荷量，常用符号Q或q表示，其国际单位是，符号为。(2)元电荷：科学实验发现所带的电荷量最小，且其他带电体所带电荷量是质子电荷量的，这个最小的电荷量叫元电荷，用e表示，在计算中通常取e＝C。(3)比荷：电子的电荷量e跟电子的质量me之，叫作电子的比荷，其值为eme＝1.76×1011C/kg。1.60×10－19多少库仑C电子整数倍比1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电，证明正电荷从丝绸转移到玻璃棒上。()(2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程。()(3)电子的电荷量e的数值最早是由库仑通过实验测出的。()(4)元电荷就是质子或电子。()(5)所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍。()×××√√2．保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务，盗版书籍影响我们的学习效率甚至给我们的学习带来隐患。小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个关键数字看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列几个数字中的()A．6.2×10－19CB．6.4×10－19CC．6.6×10－19CD．6.8×10－19CB[电荷量必须是元电荷e＝1.60×10－19C的整数倍，6.4×10－19C是e的4倍，故看不清的关键数字可能是B项。]3．如图所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则()A．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D[因球A带正电，靠近验电器B，根据同种电荷相斥、异种电荷相吸的原理，验电器金箔中的电子就会被金属球A中正电荷吸引到验电器的上端小球上，所以下端的验电箔片就会带上正电。因为同种电荷相互排斥，故箔片张开，D正确。]合作探究攻重难三种起电方式1.三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种物体摩擦导体靠近带电体导体与带电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2.三种起电方式的本质三种起电方式都不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到了另一个物体，或者从物体的一部分转移到了另一部分，它们的本质都是电荷的转移，电荷总量保持不变。【例1】(多选)如图所示，A、B为相互接触并用绝缘支柱支持的金属导体，起初都不带电，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．把C移近导体A，先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开D．把C移近导体A，先把A、B分开，再把C移走，最后重新让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：(1)A、B分开前是一个整体，在A、B端分别感应出等量异号电荷。(2)A、B分开前移走C，则A、B端的异号电荷中和，整体不再带电。AB[A、B开始都不带电，把C移近导体A时，由于静电感应，A、B中的自由电子向左移动，使得A端积累负电荷，B端积累正电荷，所以A、B上的金属箔片都张开，A对；若此时先把A、B分开再移走C，因A、B已经绝缘，所带电荷量不会变，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中和，不再带电，所以金属箔片都不会张开，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，金属箔片都不会张开，D错误。]上例中，把C移近导体A后，用手摸一下B导体，观察到什么现象？提示：A上的金属箔片张开，而B上金属箔片闭合。(1)只有导体中的电子才能自由移动，绝缘体中的电子不能自由移动，所以导体能够发生感应起电，而绝缘体不能。(2)凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端，带异种电荷，地球就成为远端，带同种电荷。甲乙丙1．如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是()甲乙丙丁A．摩擦起电B．感应起电C．接触起电D．以上三种方式都不是B[导电平板靠近带电的绝缘板并接地时，导电平板与大地发生静电感应，使导电平板带上负电荷，故选项B正确。]电荷守恒定律的理解及应用1.“中性”与“中和”的理解(1)中性：物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性。(2)中和：两个带有等量异种电荷的带电体相接触达到电中性的过程。2．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，也涵盖了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、负电子可同时湮灭，转化为光子。在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和不变。3．两金属导体接触后电荷量的分配规律(1)当两个导体材料、形状不同时，接触后再分开，只能使两者均带电，但无法确定电荷量的多少。(2)若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有【例2】放在绝缘支架上的两个完全相同的金属小球A、B分别带有电荷量QA＝6.4×10－9C，QB＝－3.2×10－9C，让两个金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少？思路点拨：(1)两金属球接触后电荷先中和再平分。(2)每个小球电荷量的变化量等于电子电荷量的整数倍。[解析]两小球接触时，电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配，由于两小球相同，剩余正电荷一定平分，即接触后两小球带电荷量Q′A＝Q′B＝QA＋QB2＝6.4×10－9－3.2×10－92C＝1.6×10－9C。在接触过程中，电子由B球转移到A球，自身的净电荷全部中和后，继续转移，使B球带Q′B的正电，这样共转移的电荷量为ΔQ＝Q′B－QB＝1.6×10－9C－(－3.2×10－9C)＝4.8×10－9C则转移的电子数n＝ΔQe＝4.8×10－91.6×10－19＝3.0×1010(个)。[答案]由B球转移到A球3.0×1010个训练角度1：电性的判断2．(多选)把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥。则A、B两球原来的带电情况可能是()A．带有等量异种电荷B．带有不等量异种电荷C．带有等量同种电荷D．一个带电，另一个不带电BCD[两个完全相同的金属球若带有等量的异种电荷，接触后将均不带电，若带不等量异种电荷，或带同种电荷，或一个带电，另一个不带电，接触后均带同种电荷，两球间存在相互排斥力，故B、C、D均正确，A错误。]训练角度2：电荷量的计算3．(多选)半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后移开。这时，A、B两球的电荷量之比为()A．2∶3B．3∶2C．2∶1D．1∶2AC[若A、B两球带等量的同种电荷，电荷量都为Q，则让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B两球接触后移开，A、B两球所带的电荷量大小分别为Q2、3Q4，则接触后A、B两球的电荷量之比为2∶3；若A、B两球带等量的异种电荷，电荷量大小都为Q，则让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B两球接触后移开，A、B两球所带的电荷量大小分别为Q2、Q4，则接触后A、B两球的电荷量之比为2∶1。故选A、C。]课堂小结知识脉络1.三种起电方式，及其本质，感应起电的现象分析。2.电荷守恒定律的理解及应用。3.接触起电的电荷分配规律。当堂达标固双基1．(多选)用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的硬橡胶棒都能吸引轻小物体，下列说法正确的是()A．被摩擦过的玻璃棒和硬橡胶棒一定带上了电荷B．被摩擦过的玻璃棒和硬橡胶棒一定带有同种电荷C．被吸引的轻小物体一定是带电体D．被吸引的轻小物体可能不是带电体AD[丝绸和玻璃棒摩擦，玻璃棒上的电子转移到丝绸上，玻璃棒因缺少电子而带正电，丝绸因有多余电子而带负电，毛皮与橡胶棒摩擦，毛皮上的电子转移到橡胶棒上，毛皮因缺少电子而带正电，橡胶棒因有多余电子而带负电，A正确，B错误；被吸引的轻小物体不一定是带电体，故C错误，D正确。]2．(多选)关于元电荷，下列说法中正确的是()A．元电荷实质上是指电子或质子本身B．所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍C．元电荷的数值通常取作e＝1.6×10－19CD．元电荷e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的BCD[元电荷实际上是指电荷量，数值为1.6×10－19C，不是指某个具体的带电物质，如电子、质子，故A错误，C正确；元电荷是电荷量的数值，没有正负电性的区别，宏观上所有带电体的电荷量一定是元电荷的整数倍，故B正确；元电荷的具体数值最早是由密立根用油滴实验测得的，测量精度相当高，故D正确。]3．如图所示，绝缘细线上端固定，下端悬挂一个轻质小球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都不带电，现使a、b分别带正、负电，则()A．b将吸引a，吸引后不放开B．b先吸引a，接触后又与a分开C．a、b之间不发生相互作用D．b立即把a排斥开B[因a带正电，b带负电，异种电荷相互吸引，轻质小球a将向b靠拢并与b接触。若a、b原来所带电荷量不相等，则当a与b接触后，两球先中和一部分原来的电荷，然后将剩余的电荷重新分配，这样两球就会带上同种电荷(正电或负电)，由于同种电荷相互排斥，a球将会被排斥开。若a、b原来所带电荷量相等，则a、b接触后完全中和而都不带电，a、b自由分开。]