理化生物理11《电荷及其守恒定律》基础知识讲解课件新人教版选修

“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. 第一节节 电电荷及其守恒定 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，eC， 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 1.61019 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111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111 A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】 BC 1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112 所示，现使b球带电 ，则 ( ) 图图112 Aa、b之间不发生相互作用 Bb将吸引a，吸在一起不分开 Cb立即把a排斥开 Db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113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 ( ) 图图113 A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114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 ( ) 图图114 A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115 所示，用起电机使金属球A带上正电，靠 近验电 器B，则( ) 图图115 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 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 1.2104C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 ( ) A6.0105C,4.0105C,4.0105C B6.0105C,4.0105C,2.0105C C4.5105C,4.5105C,3.0105C D5.0105C,5.0105C,2.0105C 【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6.0105C， 第二次B、C接触后各带电荷量3.0105C ，三球所带电荷量分别为6.0105C、 3.0105C、3.0105C；第三次用A、B 接触，各分电荷量4.5105C，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4.5105C， 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 1.61015 C，丙物体带电 81016 C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81016 C B乙物体可能带有负电 荷2.41015 C C丙物体一定带有正电荷81016 C D丙物体一定带有负电 荷81016 C 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1.61015 C而带正电，乙物体得 到电子而带1.61015 C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1.61015 C810 16 C81016 C，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元电荷就是