2019学年高中物理 第一章 静电场 第1节 电荷及其守恒定律学案 新人教版必修2.doc
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1、11 1 电荷及其守恒定律电荷及其守恒定律学科素养与目标要求物理观念:1.知道自然界中的两种电荷及三种起电方式.2.掌握电荷守恒定律及元电荷的概念.科学探究:了解验电器的构造、原理,并借助验电器感受摩擦起电、感应起电的过程.科学思维:从微观的角度认识物体带电的本质,知道三种带电的实质是相同的.一、电荷及起电方式1.两种电荷(1)电荷的分类:正电荷和负电荷.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电.(2)电荷间的相互作用:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.2.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转移到另一个物体,于是原来呈电中性的物体由于得到电子而
2、带负电,失去电子的物体则带正电.3.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异号电荷,远离带电体的一端带同号电荷,这种现象叫做静电感应.利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电.二、电荷守恒定律和元电荷1.电荷守恒定律:电荷既不会创生,也不会消灭,它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;在转移过程中,电荷的总量保持不变.2.电荷守恒定律另一表述是:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变.3.元电荷:最小的电荷量叫做元电荷,用e表示.所有带电体的电荷量或者等于e,或者是e
3、的整数倍.元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根测得的,在我们的计算中,可取e1.601019C.1.判断下列说法的正误.(1)丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,是因为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)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷,说明通过摩擦可以创造电2荷.( )(4)某一带电体的电荷量可以等于 31019C.( )2.带正电的物体C靠近不带电的枕形导体AB,如图 1 所示,A端将带电,B端带电.图 1答案 负 正一、对三种起电方式的理解1.用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带何种电荷?用毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带
4、何种电荷?使玻璃棒和橡胶棒带电的原因是什么?答案 玻璃棒带正电,橡胶棒带负电.丝绸摩擦玻璃棒时,玻璃棒上的电子向丝绸转移,玻璃棒失去电子带正电,丝绸得到电子带负电;毛皮摩擦橡胶棒时,毛皮上的电子向橡胶棒转移,橡胶棒得到电子带负电,毛皮失去电子带正电.2.如图 2 所示,取一对用绝缘柱支撑的导体A和B,使它们彼此接触.起初它们不带电,贴在下部的金属箔片是闭合的.图 2(1)把带正电荷的物体C移近导体A,金属箔片有什么变化?(2)这时把A和B分开,然后移去C,金属箔片又有什么变化?(3)再让A和B接触,又会看到什么现象?答案 (1)物体C移近导体A,两侧金属箔片都张开;(2)金属箔片仍张开,但张角
5、变小;(3)A、B接触,金属箔片都闭合.3.带正电的物体A与不带电的物体B接触,使物体B带上了什么电荷?在这个过程中电荷是如何转移的?答案 正电荷,在这个过程中,有电子从物体B转移到物体A,物体B因缺少电子而带正电.3三种起电方式的比较摩擦起电感应起电接触起电现象两绝缘体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷导体带上与带电体电性相同的电荷原因不同物质对电子的束缚能力不同.束缚能力强的得电子,带负电;束缚能力弱的失电子,带正电导体中的电子发生转移,使靠近带电体一端带异种电荷;远离带电体一端带同种电荷在电荷间相互作用下,电子从一个物体转移到另一个物体上实质电荷在物体之间或物体内部的转移特别提醒
6、无论哪种起电方式,发生转移的都是电子,正电荷不会发生转移.例 1 感应起电和摩擦起电都能使物体带电,关于这两种带电过程,下列说法正确的是( )A.感应起电和摩擦起电都是电荷从物体的一部分转移到另一部分B.感应起电是电荷从一个物体转移到另一个物体C.感应起电和摩擦起电都是电荷从一个物体转移到另一个物体D.摩擦起电是电荷从一个物体转移到另一个物体答案 D解析 感应起电的实质是电荷从物体的一部分转移到另一部分,摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,故 A、B、C 错误,D 正确.例 2 如图 3 所示,放在绝缘支架上带正电的导体球A,靠近放在绝缘支架上不带电的导体B,导体B用导线经开关接地
7、,现把 S 先合上再断开,再移走A,则导体B( )图 3A.不带电B.带正电C.带负电D.不能确定答案 C解析 根据静电感应现象和电荷间的相互作用,可判断导体B带负电,故选 C.感应起电的判断方法41.当带电体靠近导体时,导体靠近带电体的一端带异种电荷,远离带电体的一端带同种电荷,如图 4 甲所示.2.导体接地时,该导体与地球可视为一个导体,而且该导体可视为近端导体,带异种电荷,地球就成为远端导体,带同种电荷,如图乙、丙所示.图 4二、电荷守恒定律 元电荷1.在摩擦起电过程中,一个物体带上了正电荷,另一个物体带上了负电荷,该过程是否创造了电荷?在一个封闭的系统中,电荷的总量会增多或减少吗?答案
8、 摩擦起电的过程并没有创造电荷.一个封闭的系统中,电荷的总量保持不变.2.物体所带的电荷量可以是任意的吗?物体所带的电荷量可以是 41019C 吗?答案 物体所带的电荷量不是任意的,它只能是 1.601019C 的整数倍.由于 41019C是 1.601019C 的 2.5 倍,所以物体所带的电荷量不能是 41019C.3.电子和质子就是元电荷吗?答案 元电荷是最小的电荷量,不是物质;电子和质子是实物粒子,不是元电荷.1.使物体带电的实质不是创造了电荷,而是物体所带的电荷发生了转移,也就是物体间或物体内部电荷的重新分布.2.电荷的中和是指带等量异号电荷的两物体接触时,经过电子的转移,物体达到电
9、中性的过程.3.导体接触带电时电荷量的分配与导体的材料、形状、大小有关,当两个完全相同的金属球接触后,电荷将平均分配,即最后两个球一定带等量的同种电荷.4.元电荷(1)元电荷是最小的电荷量,而不是实物粒子,元电荷无正、负之分.(2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷,但不能说质子、电子是元电荷.(3)电子的比荷:电子的电荷量e与电子的质量me之比,叫做电子的比荷.例 3 完全相同的两个金属小球A、B带有相同大小的电荷量,相隔一定的距离,今让第三个完全相同的不带电金属小球C,先后与A、B接触后移开.(1)若A、B两球带同种电荷,接触后两球的电荷量大小之比为多少?5(2)若A、B两球带异种电荷,接触
10、后两球的电荷量大小之比为多少?答案 (1)23 (2)21解析 (1)设A、B带电荷量均为q,则A、C接触后,A、C带电荷量为qAqCq.1 2C与B接触后,B、C所带电荷量为qBqCq.q12q 23 4故A、B带电荷量大小之比为 .qA qB1 2q 3 4q2 3(2)设A带正电,B带负电,且所带电荷量大小均为q.则C与A接触后,A、C带电荷量为qAqCq.1 2C与B接触后,B、C带电荷量为qBqCq,1 2qq 21 4故A、B带电荷量大小之比为 .|qA qB|1 2q 1 4q2 1两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、大小不同时,接触后再分开,只能使两者均带
11、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(1)若带同种电荷金属球相接触总电荷量平分即均带电(2)若带异种电荷金属球相接触先中和再平分即均带电例 4 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QA6.4109C、QB3.2109C,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?答案 电子由B球转移到A球 3.01010个解析 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6QAQBQAQB 2C6.4 1093.2 109 21.6109C在
12、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QB的正电,这样共转移的电荷量为QQBQB1.6109C(3.2109C)4.8109C则转移的电子数n3.01010个.Q e4.8 109 1.6 1019三、验电器的原理和使用验电器的两种应用方式及原理(1)带电体接触验电器:当带电的物体与验电器上面的金属球接触时,有一部分电荷转移到验电器上,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,如图 5 甲.(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(感应起电),金属箔片在斥力作
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