高中物理（人教版）選修3-1 第1章 第1節(jié)　電荷及其守恒定律

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第一節(jié)電荷及其守恒定律 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 經(jīng)歷摩擦起電和感應(yīng)起電的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 了解使物體帶電的方法 能從物質(zhì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識(shí)物體帶電的本質(zhì) 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(diǎn)難點(diǎn) 起電的實(shí)質(zhì)與電荷守恒定律的理解和應(yīng)用 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第一節(jié)電荷及其守恒定律 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 電荷1 物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)原子由帶 的原子核和帶 的電子組成 電子繞原子核高速旋轉(zhuǎn) 原子核的正電荷的數(shù)量跟核外電子的負(fù)電荷的數(shù)量 所以整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn)位置表現(xiàn)為 正電 負(fù)電 相等 電中性 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 失去電子的原子便成了帶正電的離子 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?yàn)椴ＡО羯系牟糠?轉(zhuǎn)移到了絲綢上 用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒帶 毛皮帶 這是因?yàn)槊ど系牟糠?轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上 正電 負(fù)電 電子 負(fù)電 正電 電子 2 感應(yīng)起電 把帶電體移近不帶電的導(dǎo)體 可以使靠近帶電體的一端帶 電荷 遠(yuǎn)離的一端帶 電荷 這種現(xiàn)象叫做 利用靜電感應(yīng)使物體帶電的過(guò)程叫做 3 接觸起電 不帶電的物體與帶電的物體接觸后會(huì)帶上電荷 這種使物體帶電的方式叫做 兩個(gè)完全相同的物體接觸后 會(huì)使電荷量 異號(hào) 同號(hào) 靜電感應(yīng) 感應(yīng)起電 接觸起電 平分 思考感悟1 感應(yīng)起電的方式能使絕緣體帶電嗎 提示 不能 絕緣體中幾乎沒(méi)有自由電荷 二 電荷守恒定律表述一 電荷既不會(huì) 也不會(huì) 只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到 或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到 在轉(zhuǎn)移過(guò)程中 電荷的 保持不變 表述二 一個(gè)與外界沒(méi)有 交換的系統(tǒng) 電荷的 保持不變 創(chuàng)生 消滅 另一個(gè)物體 另一部分 總量 電荷 代數(shù)和 三 元電荷1 電荷量 電荷的多少 其國(guó)際單位是 簡(jiǎn)稱(chēng)庫(kù) 用C表示 2 元電荷 最小的電荷量 即 所帶的電荷量 用e表示 e C 最早由美國(guó)物理學(xué)家 測(cè)得 3 電子的比荷 電子的 與電子的 之比 庫(kù)侖 電子 1 6 10 19 密立根 電荷量 質(zhì)量 思考感悟2 有人說(shuō)電子或質(zhì)子是元電荷 對(duì)嗎 質(zhì)子或電子的比荷相同嗎 提示 元電荷是電量的單位 電子或質(zhì)子的帶電量等于1個(gè)元電荷的帶電粒子 質(zhì)子或電子的比荷不同 核心要點(diǎn)突破 一 三種起電方式的比較 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 毛皮與橡膠棒摩擦后 毛皮帶正電 這是因?yàn)?A 毛皮上的一些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上B 毛皮上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到橡膠棒上C 橡膠棒上的一些電子轉(zhuǎn)移到毛皮上D 橡膠棒上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到毛皮上 解析 選A 摩擦起電的實(shí)質(zhì)是電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上 中性的物體若缺少了電子帶正電 多余了電子就帶負(fù)電 由于毛皮的原子核束縛電子的本領(lǐng)比橡膠棒弱 在摩擦的過(guò)程中毛皮上的一些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上 缺少了電子的毛皮帶正電 而正電荷是原子核內(nèi)的質(zhì)子 不能自由移動(dòng) 所以A正確 二 電荷守恒定律的理解1 中性 中和 的本質(zhì)電中性的物體是有電荷存在的 只是代數(shù)和為0 對(duì)外不顯電性 電荷的中和是指電荷的種類(lèi) 數(shù)量達(dá)到異號(hào) 等量時(shí) 正負(fù)電荷代數(shù)和為0 2 總量 含義 指電荷的代數(shù)和 3 起電過(guò)程中電荷變化不論哪一種起電過(guò)程都沒(méi)有創(chuàng)造電荷 也沒(méi)有消滅電荷 本質(zhì)都是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移 也就是說(shuō)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀(guān)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 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 一帶負(fù)電絕緣金屬小球放在潮濕的空氣中 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后 發(fā)現(xiàn)該小球上凈電荷幾乎不存在了 這說(shuō)明 A 小球上原有負(fù)電荷逐漸消失了B 在此現(xiàn)象中 電荷不守恒C 小球上負(fù)電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了D 該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的 仍然遵循電荷守恒定律 解析 選CD 絕緣小球上電荷量減少是由于電子通過(guò)潮濕空氣導(dǎo)電轉(zhuǎn)移到外界 只是小球上電荷量減小 但這些電子并沒(méi)有消失 就小球和整個(gè)外界組成的系統(tǒng)而言 電荷總量保持不變 因此C D選項(xiàng)正確 課堂互動(dòng)講練 2011年鹽城調(diào)研 如圖1 1 1所示 掛在絕緣細(xì)線(xiàn)下的小輕質(zhì)通草球 由于電荷的相互作用而靠近或遠(yuǎn)離 所以 圖1 1 1 A 甲圖中兩球一定帶異種電荷B 乙圖中兩球一定帶同種電荷C 甲圖中兩球至少有一個(gè)帶電D 乙圖中兩球只有一個(gè)帶電 精講精析 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(gè)帶電荷 另一個(gè)不帶電荷 當(dāng)只有一個(gè)物體帶電時(shí) 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(yuǎn)離帶電物體 這一過(guò)程類(lèi)似于靜電感應(yīng) 因此兩物體之間的吸引力大于排斥力 宏觀(guān)上顯示的是吸引力 綜上知 B C選項(xiàng)正確 答案 BC 規(guī)律總結(jié) 兩個(gè)帶異種電荷的物體相互吸引 一個(gè)帶電體和一個(gè)不帶電的物體也相互吸引 變式訓(xùn)練1絕緣細(xì)線(xiàn)上端固定 下端懸掛一輕質(zhì)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(kāi)始時(shí)a b不帶電 如圖1 1 2所示 現(xiàn)使b球帶電 則 A a b之間不發(fā)生相互作用B b將吸引a 吸在一起不分開(kāi)C b立即把a(bǔ)排斥開(kāi)D b先吸引a 接觸后又把a(bǔ)排斥開(kāi) 圖1 1 2 解析 選D b球帶電就能吸引輕質(zhì)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(dá)吸引并能接觸 如圖1 1 3所示 將帶有負(fù)電的絕緣棒移近兩個(gè)不帶電的導(dǎo)體球 兩個(gè)導(dǎo)體球開(kāi)始時(shí)互相接觸且對(duì)地絕緣 下列方法中能使兩球都帶電的是 A 先把兩球分開(kāi) 再移走棒B 先移走棒 再把兩球分開(kāi)C 使棒與甲球瞬時(shí)接觸 再移走棒D 先使乙球瞬時(shí)接地 再移走棒 圖1 1 3 思路點(diǎn)撥 移近金屬球 是感應(yīng)起電 接觸金屬球則是接觸起電 弄清實(shí)質(zhì)則可解決此類(lèi)問(wèn)題 精講精析 由于靜電感應(yīng) 甲球感應(yīng)出正電荷 乙球感應(yīng)出負(fù)電荷 把兩球分開(kāi)后 它們帶上了等量異種電荷 所以A正確 若先將棒移走 則兩球不會(huì)有靜電感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生 所以不會(huì)帶上電荷 B錯(cuò)誤 使棒與甲球接觸 則兩球會(huì)因接觸而帶上負(fù)電荷 所以C正確 若使乙球瞬時(shí)接地 則乙球上感應(yīng)出的負(fù)電荷因受斥力而被導(dǎo)走 再將棒移走 由于甲 乙是接觸的 所以甲球上的電荷會(huì)重新分布在甲 乙兩球上 結(jié)果是兩球都帶上了正電荷 所以D正確 答案 ACD 規(guī)律總結(jié) 對(duì)每一種起電方法要理解起電過(guò)程 如感應(yīng)起電是由于外來(lái)電荷 電場(chǎng) 的作用使某導(dǎo)體內(nèi)電荷重新分布 接觸起電是由于電荷間作用使兩導(dǎo)體間電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移 變式訓(xùn)練2 2011年廣州六校聯(lián)考 如圖1 1 4所示 不帶電的枕形導(dǎo)體的A B兩端各貼有一對(duì)金屬箔片 當(dāng)枕形導(dǎo)體的A端靠近一帶正電導(dǎo)體C時(shí) A A端金屬箔片張開(kāi) B端金屬箔片閉合 圖1 1 4 B 用手觸摸枕形導(dǎo)體后 A端金屬箔片仍張開(kāi) B端金屬箔片閉合C 用手觸摸枕形導(dǎo)體后 將手和C都移走 兩對(duì)金屬箔片均張開(kāi)D 選項(xiàng)A中兩對(duì)金屬箔片分別帶異種電荷 選項(xiàng)C中兩對(duì)金屬箔片帶同種電荷 解析 選BCD 根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象 帶正電的導(dǎo)體C放在枕形導(dǎo)體A端附近 在A端出現(xiàn)了負(fù)電 在B端出現(xiàn)了正電 這樣的帶電并不是導(dǎo)體中有新的電荷 只是電荷的重新分布 金屬箔片上帶電相斥而張開(kāi) 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 用手摸枕形導(dǎo)體后 B端不是最遠(yuǎn)端了 人是導(dǎo)體 這樣B端不再有電荷 B端金屬箔片閉合 A端金屬箔片仍張開(kāi) 選項(xiàng)B正確 用手觸摸導(dǎo)體時(shí) 只有A端帶負(fù)電 將手和C移走后 不再有靜電感應(yīng) A端所帶負(fù)電便分布在枕形導(dǎo)體上 A B端均帶有負(fù)電 兩對(duì)金屬箔片均張開(kāi) 選項(xiàng)C正確 從以上分析看出 選項(xiàng)D正確 如圖1 1 5所示 有一帶正電的驗(yàn)電器 當(dāng)一金屬球A靠近驗(yàn)電器的小球B 不接觸 時(shí) 驗(yàn)電器的金箔張角減小 則 A 金屬球可能不帶電B 金屬球可能帶負(fù)電C 金屬球可能帶正電D 金屬球一定帶負(fù)電 圖1 1 5 思路點(diǎn)撥 靠近和接觸驗(yàn)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(yīng)現(xiàn)象 后者是因?yàn)閹щ婓w所帶的電荷可以轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上 精講精析 驗(yàn)電器的金箔之所以張開(kāi) 是因?yàn)樗鼈兌紟в姓姾?而同種電荷相互排斥 張開(kāi)角度的大小決定于兩金箔帶電荷量的多少 如果A球帶負(fù)電 靠近驗(yàn)電器的B球時(shí) 異種電荷相互吸引 使金箔上的正電荷逐漸 上移 從而使兩金箔張角減小 選項(xiàng)B正確 同時(shí)否定選項(xiàng)C 如果A球不帶電 在靠近B球時(shí) 發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象使A球靠近B球的端面出現(xiàn)負(fù)的感應(yīng)電荷 而背向B球的端面出現(xiàn)正的感應(yīng)電荷 A球上負(fù)的感應(yīng)電荷與驗(yàn)電器上的正電荷發(fā)生相互作用 由于負(fù)電荷離驗(yàn)電器較近而表現(xiàn)為吸引作用 從而使金箔張角減小 選項(xiàng)A正確 同時(shí)否定選項(xiàng)D 答案 AB 規(guī)律總結(jié) 驗(yàn)電器可以判斷物體是否帶電 帶電荷的種類(lèi)及電荷量的多少 當(dāng)帶電體靠近驗(yàn)電器金屬球或接觸驗(yàn)電器金屬球時(shí) 驗(yàn)電器的金屬箔都會(huì)張開(kāi) 但要注意區(qū)分帶電體靠近驗(yàn)電器金屬球和接觸金屬球時(shí) 驗(yàn)電器所帶電荷的不同 變式訓(xùn)練3使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器 驗(yàn)電器的金屬箔片張開(kāi) 如圖1 1 6所示表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況 正確的是 圖1 1 6 解析 選B 驗(yàn)電器原來(lái)不帶電 由于靜電感應(yīng) 帶電金屬球與驗(yàn)電器的金屬球帶異種電荷 驗(yàn)電器的金屬球與金屬箔片也應(yīng)帶異種電荷 故B正確 有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A B 分別帶電荷量為QA 6 4 10 9C QB 3 2 10 9C 讓兩個(gè)絕緣小球接觸 在接觸過(guò)程中 電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少 思路點(diǎn)撥 兩完全相同的球接觸后 正 負(fù)電荷先中和再平分 參與的只是導(dǎo)體中的自由電子 答案 電子由B球轉(zhuǎn)移到A球 共轉(zhuǎn)移了3 1010個(gè)電子 題后反思 當(dāng)兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后 根據(jù)對(duì)稱(chēng)性 兩個(gè)球一定帶等量的電荷量 若兩個(gè)球原先帶同號(hào)電荷 電荷量相加后均分 若兩個(gè)球原先帶異號(hào)電荷 則電荷先中和再均分 知能優(yōu)化訓(xùn)練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全