2018-2019学年高中物理 第一章 静电场 1.1 电荷及其守恒定律课件 新人教版选修3-1.ppt

第一章静电场1电荷及其守恒定律,【自主预习】1.电荷及相互作用：(1)两种电荷：自然界只有两种电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒带_，用毛皮摩擦过的橡胶棒带_。(2)相互作用：同种电荷相互排_，异种电荷相互_。,正电荷,负电荷,斥,吸引,2.原子的组成：原子核由带正电的_和不带电的_构成，核外有带负电的_，通常正、负电荷的电量相同，故整个原子对外界较远位置表现为_。,质子,中子,电子,电中性,3.三种起电方式：(1)(2)(3),摩擦,感应,接触,4.电荷守恒定律：电荷既不会_，也不会_，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_。,创生,消灭,保持不变,5.电荷守恒定律现在的表述：一个与外界没有_的系统，电荷的代数和_。6.元电荷：(1)电荷量：电荷的多少叫作_，在国际单位制中，电荷量的单位是_，符号是C。,电荷交换,保持,不变,电荷量,库仑,(2)元电荷：最小的电荷量叫作元电荷，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，电荷量是不能_的物理量。,连续变化,(3)比荷：_与_之比。电子的比荷：=_C/kg。,电荷量,质量,1.761011,【预习小测】1.(多选)如图所示，a、b、c、d为四个带电小球，两球之间的作用分别为a吸引d、b排斥c，c排斥a，d吸引b，则关于它们的带电情况(),A.仅有两个小球带同种电荷B.仅有三个小球带同种电荷C.c、d两小球带同种电荷D.c、d两小球带异种电荷,【解析】选B、D。由d吸引a和b可知，a与b带同种电荷，与d带异种电荷；由c排斥a和b可知，c与a、b带同种电荷，故c与d带异种电荷，所以B、D正确。,2.下列关于元电荷的说法正确的是()A.元电荷实质上是指质子和电子本身B.一个带电体的电荷量为元电荷的303.5倍C.元电荷是最小的电荷量D.元电荷有正负之分,【解析】选C。元电荷是最小的电荷量，无正负之分，任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，选项C正确。,主题一起电方式【互动探究】探究点1摩擦起电现象用丝绸摩擦玻璃棒，用毛皮摩擦橡胶棒，然后用摩擦过的玻璃棒和橡胶棒分别去接触碎纸屑。,在此情景中，能观察到什么现象？应怎样解释？提示：摩擦过的玻璃棒和橡胶棒都能吸引碎纸屑；原因是用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒都带了电，带电体能吸引轻小物体，故摩擦过的玻璃棒和橡胶棒都能吸引碎纸屑。,探究点2感应起电现象如图所示，将带正电荷的球C移近不带电的导体A、B(A、B相互接触)。,进行以下操作步骤，如图所示：,使带电体C(如带正电)靠近相互接触的两导体A、B。保持C不动，用绝缘工具分开A、B。移走C。,(1)在此情景中，把带正电的物体C移近导体A，金属箔有什么变化？提示：电荷间的作用特点：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。当带正电的物体C移近A、B时，导体A、B中的自由电荷在电荷作用力的影响下运动并重新分布，导体A、B分别带负电和正电，金属箔由闭合变为张开。,(2)在此情景中，把A和B分开，然后移去C，金属箔又有什么变化？提示：在带电体C的影响下，分开导体A、B，A仍带负电，B仍带正电。移去带电体C，负电荷在A内重新分布，正电荷在B内也重新分布，所以A、B两端的金属箔仍然张开，但张角稍微变小。,(3)在此情景中，再让A和B接触，又会看到什么现象？提示：A、B接触，A、B中等量异种电荷发生“中和”，A、B对外表现为“电中性”，因而A、B两端的金属箔都闭合。,(4)由此情景思考，是否只有当带电体与验电器的金属球接触时，金属箔片才会张开？金属箔片张开的原理是什么？提示：不是。带电体接触验电器的金属球时，电荷转移到验电器上，是接触带电。当带电体靠近金属球时，金属球一端就会聚集与带电体电性相反的电荷，而金属箔片就会聚集与带电体电性相同的电荷，从而张开，此现象实质上属于静电感应现象。,【探究总结】三种起电方式的比较,【拓展延伸】理解感应起电和摩擦起电的三点注意(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)感应起电只适用于导体，绝缘体因其无自由移动的电子而不会感应起电。(3)摩擦起电中对原子核外电子束缚能力差的物体失去电子而带正电，对原子核外电子束缚能力强的物体得到电子而带负电。,【典例示范】(多选)如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔都张开(),A.此时A带正电，B带负电B.此时A带负电，B带正电C.移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合D.先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合,【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析：(1)感应起电使物体带电的方法是将一对用绝缘柱支持的导体A和B(均不带电)，彼此接触；把带电的物体C移近导体A；先把A和B分开，然后移去C，则A带上和C异号的电荷，B带上和C同号的电荷，且电荷量相等。(2)处于电场中的导体，是一个等势体。,【解析】选B、C。把一带正电荷的物体C置于A附近，由于静电感应靠近C的一端A带负电，远离C的一端B带正电，A错误，B正确；移去C，由于A、B接触，先前感应出的等量正、负电荷发生中和，再分开A、B后，A和B上不带电，所以贴在A、B下部的金属箔都闭合，C正确；先把A和B分开，然后移去C，A带负电，B带正电，则贴在A、B下部的金属箔都张开，D错误。故选B、C。,【探究训练】1.(多选)(2018洛阳高二检测)当把用丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近验电器的金属球后，金属箔片张开，此时，金属箔片所带的电荷的带电性质和起电方式分别是()A.正电荷B.负电荷C.感应起电摩擦起电,【解析】选A、C。玻璃棒没有接触金属球，属于感应起电，和玻璃棒靠近的一端(金属球)带电性质和玻璃球相反，带负电，和玻璃棒相距较远的一端(金属箔片)带电性质和玻璃棒相同，带正电荷，金属箔片的起电方式为感应起电。,2.使带电的金属球靠近不带电的验电器的金属球，验电器的箔片张开。图中可正确表示验电器上感应电荷的分布情况的是(),【解题指南】解答本题时应把握以下两点：(1)验电器的金属球与带电球带异种电荷。(2)验电器的箔片与带电球带同种电荷。,【解析】选B。由于验电器原来不带电，因此带电的金属球靠近后，验电器的金属球和箔片带异号电荷，A、C两项错误；验电器靠近带电金属球的一端感应出与带电金属球异号的电荷，D项错误。故正确答案为B。,【补偿训练】1.如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是(),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,【解析】选B。导电平板靠近带电绝缘板并接地时，发生静电感应，使导电平板带上负电荷，故选项B正确。,2.(多选)关于摩擦起电现象，下列说法中正确的是()A.摩擦起电使本没有电子和质子的物体中产生了电子和质子B.两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷,C.摩擦起电，可能是摩擦中导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的D.丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显示带正电,【解析】选B、D。摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不相同，因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子，其质子数比电子数多，我们说它带正电。若一个物体得到电子，其质子数比电子数少，我们说它带负电。使物体带电并不是创造出电荷。,3.(多选)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B、D。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，选项A错误；如果排斥小球，则小球一定带同种电荷，故选项B正确；用验电器的金属球接触它时，需知道验电器最初的带电情况才能予以判断，故选项C错误；能吸引轻小物体是带电体的性质，选项D正确。,【通法悟道】验电器的验电技巧(1)当带电的物体与不带电的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，相互排斥而张开，物体所带电荷量越多，电荷转移的越多，斥力越大，张开的角度也越大。,(2)当带电体靠近验电器的金属球时，金属箔片也张开。因为带电体会使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)，两箔片在斥力作用下张开。,主题二电荷守恒定律元电荷【互动探究】情景1：用棉布分别与聚丙烯塑料板和聚乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示。,情景2：如图所示，在真空中，把一个绝缘导体向带负电的球P慢慢靠近。绝缘导体两端的电荷如图所示。,情景3：如图所示，当一个带电体和另一个不带电的物体接触时，不带电的物体也带上了同种电荷。,试结合上述三种情景，讨论下列问题：(1)请根据情景1，解释摩擦起电的本质。提示：相互摩擦的两个物体得失电子的能力不同，易得电子的物体带负电，易失电子的物体带正电，故摩擦起电的本质是电子的转移。用棉布摩擦聚丙烯板时，聚丙烯板上的电子跑到棉布上了，聚丙烯板因失去电子带正电，棉布因得到电子而带负电；用棉布摩,擦聚乙烯板时，棉布上的电子跑到聚乙烯板上了，聚乙烯板因得到电子带负电，棉布因失去电子而带正电。,(2)请根据情景2，解释感应起电的本质。提示：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，使导体两端带上等量异种电荷，故感应起电的本质是电子的转移，是从物体的一部分转移到另一部分。,(3)请根据情景3思考，为什么不带电的物体也带上了同种电荷？当两个带异种电荷的导体接触时，会发生电荷中和现象，中和的电荷是不是消失了？,提示：不带电的物体也带上了同种电荷，其原因是两物体之间发生电荷转移。不是。所谓“中和”是指两个带等量异种电荷的导体相互接触时，由于正、负电荷间的吸引作用，电荷发生转移，最后达到中性状态的一个过程。,(4)结合上述问题，分析三种起电方式的本质，说明了什么？提示：无论是哪种方式起电，都是使电荷在物体之间或物体内部转移，而不是创造了电荷。,【探究总结】1.对电荷转移及电荷守恒定律的四点理解：(1)电荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。(2)两个物体之间或物体的两部分之间能转移的是电子。(3)起电过程的实质是物体中正、负电荷的分离和转移的过程。,(4)电荷的中和现象实质是正、负电荷的“结合”过程，但在分离、转移、结合等过程中电荷的总量保持不变。,2.对电荷的中和及净电荷的理解：(1)电荷的中和是正、负电荷相互抵消，使得净电荷减少或为零，但正、负电荷本身依然存在，并不是正、负电荷的消失，正、负电荷都是物质，是不能被消灭，也不能被创生出来的，所以电荷守恒是物质守恒的体现。,(2)电荷的中和是“净电荷”的减少。我们通常讲一个物体带多少电，实质上指的是带多少净电荷，只是习惯将“净”字省略掉而已。,3.接触起电现象中电荷量的分配：(1)导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。完全相同的导体接触时，电荷量平均分配；形状、大小不同的导体接触时电荷量不能平均分配。无论哪种情况，接触前后电荷总量不变。,(2)完全相同的导体接触时电荷量的分配情况：若为带电导体和不带电导体接触，则电荷平分。若两个带电导体带同种电荷，则总电荷平分。若两个带电导体带异种电荷，则先中和再平分。,【典例示范】(2018洛阳高二检测)如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，C是带正电的小球，当其移近导体A后，分开A和B，之后移去C，最终A带上了-110-8C的电荷，下列关于电荷转移情况正确的是(),A.从A到B转移了6.251010个正电荷B.从A到B转移了1.251011个正电荷C.从B到A转移了6.251010个电子D.从B到A转移了1.251011个电子,【解题指南】解答本题时应明确以下两点：(1)金属导电机理是其内部有自由移动的电子，而带正电的离子不能自由移动。(2)带电体的电荷量是元电荷e=1.610-19C的整数倍。,【解析】选C。由于A、B都是金属导体，可移动的电荷是自由电子，A带上负电荷的原因，是电子由B移动到A，其中转移的电子数为n=6.251010(个)。这样B失去n个电子，带上110-8C正电，A得到n个电子，带上110-8C负电。故只有C正确。,【探究训练】1.关于摩擦起电、接触起电、感应起电，下列说法错误的是()A.这是起电的三种不同方式B.这三种方式都产生了电荷C.这三种起电方式的实质是一样的，都是电子在转移D.这三种方式都符合电荷守恒定律,【解析】选B。任何起电方式都不能创造电荷，也不能消灭电荷，只能从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体，在转移的过程中电荷的总量保持不变，故C、D正确，B错误。在摩擦起电中，是两个原来不带电的物体通过相互摩擦，克服阻力做功而使电子从一个物体转移到另一个物体；在接触起电中，是一个带电的物体与一个不带电的物体接,触后电子从带负电的物体转移到不带电的物体或从不带电的物体转移到带正电的物体；在感应起电中，是一个带电的物体接近一个不带电的物体时，使不带电的物体中的电子从物体的一部分转移到另一部分，故A正确。,2.(多选)(2018合肥高二检测)甲物体与乙物体相互摩擦，没有其他物体参与电荷的交换，发现甲物体带了9.610-16C的正电荷，以下结论中正确的是()A.甲物体失去了6103个电子B.乙物体失去了6103个电子C.乙物体带9.610-16C的负电荷D.乙物体带9.610-16C的正电荷,【解析】选A、C。根据摩擦起电的特点，甲物体带了9.610-16C的正电荷，说明甲物体失去了9.610-16C的负电荷，即失去了n=6103个电子；因为没有其他物体参与电荷的交换，由电荷守恒定律可知，乙物体得到了6103个电子，带9.610-16C的负电荷，故A、C正确。,3.(2018长春高二检测)有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量为QA=+6.410-9C、QB=+3.210-9C，让两个绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少个电子？,【解析】在接触过程中，由于A球带的正电比B球多，B球上的电子会转移到A球上，直至两球带上等量的正电荷。接触后两小球各自的带电荷量QA=QB=+4.810-9C共转移的电子电荷量为Q=QB-QB=4.810-9C-3.210