物理：1.1《电荷及其守恒定律》基础知识讲解课件(新人教版选修3-1).ppt

“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：原子由带带的原子核和带带 的电电子组组成，电电子绕绕原子核高速旋转转.原子核的 正电电荷的数量跟核外电电子的负电负电 荷的数量，所以 整个原子对对外界较远较远 位置表现为现为. 金属原子中离原子核较远较远 的电电子，往往会脱离原 子核的束缚缚而在金属中自由活动动，这这种能自由活动动的 电电子叫做 ，失去电电子的原子便成了带带正电电的离 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：用丝绸丝绸 摩擦的玻璃棒带带，则则 丝绸带丝绸带 有，这这是因为为玻璃棒上的部分转转移到 了丝绸丝绸 上；用毛皮摩擦过过的橡胶棒带带 ，毛皮带带 ，这这是因为为毛皮上的部分转转移到了橡胶棒上. 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 不论论哪一种起电过电过 程都没有创创造电电荷，也没有消 灭电灭电 荷.本质质都是电电荷发发生了转转移，也就是说说物体所带带 电电荷的重新分配. 4守恒的广泛性 电电荷守恒定律同能量守恒定律一样样，是自然界中 最基本的规规律，任何电现电现 象都不违违背电电荷守恒定律， 涵盖了包括近代物理实验发现实验发现 的微观观粒子在变变化中遵 守的规规律.如：由一个高能光子可以产产生一个正电电子和 一个负电负电 子，一对对正、负电负电 子可同时时湮没、转转化为为光 子.在这这种情况下，带电带电 粒子总总是成对产对产 生或湮没，电电 荷的代数和不变变. 如图图111所示，挂在绝缘细线绝缘细线 下的小轻质轻质 通 草球，由于电电荷的相互作用而靠近或远远离，所以 ( ) 图111 A甲图图中两球一定带带异种电电荷 B乙图图中两球一定带带同种电电荷 C甲图图中两球至少有一个带电带电 D乙图图中两球只有一个带电带电 【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绝缘细线绝缘细线 上端固定，下端 悬悬挂一轻质轻质 小球a，a的表面镀镀有铝铝 膜，在a的近旁有一绝缘绝缘 金属球b， 开始时时a、b不带电带电 ，如图图112所 示，现现使b球带电带电 ，则则( ) 图图112 Aa、b之间间不发发生相互作用 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. 如图图113所示，将带带有负负 电电的绝缘绝缘 棒移近两个不带电带电 的导导体 球，两个导导体球开始时时互相接触且 对对地绝缘绝缘 ，下列方法中能使两球都 带电带电 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使棒与甲球瞬时时接触，再移走棒 D先使乙球瞬时时接地，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例题题中，能使甲、乙两球带带同种电电荷的是 ( ) 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. 如图图114所示，有一带带正电电的验电验电 器，当一 金属球A靠近验电验电 器的小球B(不接触)时时，验电验电 器的金 箔张张角减小，则则 ( ) 图图114 A金属球可能不带电带电 B金属球可能带负电带负电 C金属球可能带带正电电 D金属球一定带负电带负电 【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)如图图115所示，用 起电电机使金属球A带带上正电电，靠近验电验电 器B，则则( ) 图图115 A验电验电 器金箔不张张开，因为为球A没有和B接触 B验电验电 器金箔张张开，因为为整个验电验电 器都带带上了 正电电 C验电验电 器金箔张张开，因为为整个验电验电 器都带带上了 负电负电 D验电验电 器金箔张张开，因为验电为验电 器下部箔片都带带 上了正电电 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带带1.210 4C的正电 电荷，B、C不带电带电 ，现现用相互接触的方法使它们们 都带电带电 ，则则A、B、C所带带的电电荷量可能是下面哪组组数据 ( ) 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，得知甲物体带带正 电电1.61015 C，丙物体带电带电 81016 C则对则对 于最后乙 、丙两物体的带电带电 情况下列说说法中正确的是( ) A乙物体一定带带有负电负电 荷81016 C B乙物体可能带带有负电负电 荷2.41015 C C丙物体一定带带有正电电荷81016 C D丙物体一定带带有负电负电 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 C 81016 C81016 C，故A、D正确. 1以下判断小球是否带电带电 的说说法中正确的是 ( ) A用一个带电带电 体靠近它，如果能够够吸引小球， 则则小球一定带电带电 B用一个带电带电 体靠近它，如果能够够排斥小球， 则则小球一定带电带电 C用验电验电 器的金属球接触它后，如果验电验电 器的 金属箔能改变变角度，则则小球一定带电带电 D如果小球能吸引小纸纸屑，则则小球一定带电带电 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关于摩擦起电电，下列说说法中正确的是( ) A两个物体相互摩擦时时一定会发发生带电现带电现 象 B摩擦起电电的两个物体一定带带有等量同种电电荷 C在摩擦起电现电现 象中负电负电 荷从一个物体转转移到 另一个物体 D在摩擦起电现电现 象中正、负电负电 荷同时发时发 生转转移 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关于元电电荷的理解，下列说说法中正确的是 ( ) A元电电荷就是电电子 B元电电荷是表示跟电电子所带电带电 荷量数值值相等的 电电荷量 C元电电荷就是质质子 D物体所带带的电电荷量只能