高中物理 第1章 第1节 电荷及其守恒定律课件 新人教版选修31.ppt

第一章静电场 教材分析本章是高中阶段电学内容的开始 在整个高中物理知识体系中具有承上 力学 启下 电磁学 的重要位置 本章的核心内容是电场的概念及描述电场特性的物理量 突出体现了电场的两个基本性质 一是电场的力的性质 从电荷在电场中受力的角度研究 二是电场的能的性质 从电场力做功使能量变化的角度研究 全章综合解说 教材从电荷在电场中受力入手 引入电场强度的概念 明确它是表示电场强弱的物理量 然后 通过将静电力做功与路径无关和重力做功与路径无关类比 得出电荷在电场中具有由位置决定的能量 电势能 在此基础上 同引入电场强度的方法相同 比值定义法 引入电场的另一种描述 即电势的概念 这样 通过几个相关物理概念的讨论 完成对静电场性质的初步认识 本章知识在结构上可以分为三个单元 1 3节为第一单元 主要学习电学中两个最基本的定律 电荷守恒定律和库仑定律 学习描述电场力的性质的物理量 电场强度 4 6节为第二单元 学习描述电场能的性质的物理量 电势 电势差 电势差与电场强度的关系 7 8节为第三单元 主要学习电场知识的应用 电容器 电容 带电粒子在电场中的加速运动和偏转所做的类平抛运动 还要了解静电现象在生产和生活中的应用 重点难点本章重点 电荷守恒定律 库仑定律两个基本定律及电场强度 电势和电势能 电容等基本概念的掌握 本章难点 电场的概念及其特性的描述 带电粒子在电场中的综合运动分析及应用 本章内容总体来说比较抽象 概念 规律 方法多 学习时要注意以下几点 1 要重视对基本概念 基本规律的理解理解概念是掌握概念的前提 对比较抽象的概念 要注意理解它们的内涵和外延 要理解这些概念的相互关系 并且要适时地与力学中学生熟悉的概念比较 通过做适量的练习题 可以很好地理解 掌握这些抽象概念 这是学好本章知识的基础和关键 即便是立意比较新颖 能力要求也比较高的试题也是以这些基本概念 基本规律为基础的 学习方法指导 2 要重视科学研究方法的学习本章用到的科学研究方法比较多 研究方法主要有理想化模型法 比值定义法 类比法 合成分解法等 要在学习和做练习题时注意体会这些方法的具体运用场合 本章内容是力学知识的迁移 巩固和拓展 力学中的基本规律和方法同样适用于在电场中运动的粒子 如带电粒子在电场中的运动 可以与力学中的匀变速直线运动 平抛运动类比 加深对这些运动规律的理解 3 理清本章分析问题的两个角度 1 力的角度 侧重于利用牛顿运动定律分析处理问题 2 能的角度 侧重于利用功能关系 能量守恒分析处理问题 第1节电荷及其守恒定律 1 知道自然界中存在两种电荷且电荷间存在相互作用 2 了解使物体带电的三种方法 能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质 3 掌握电荷守恒定律 会运用该定律解决实际问题 要点一电荷及原子结构1 两种电荷 1 两种电荷 自然界中只存在两种电荷 正电荷 用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷 负电荷 用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷称为负电荷 2 相互作用 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 2 物质的电结构原子由带正电的原子核和带负电的电子组成 电子绕原子核高速旋转 原子核正电荷的数量跟核外电子负电荷的数量相等 所以整个原子对外界较远位置表现为电中性 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自由电子 失去电子的原子便成了带正电的离子 3 物体带电物体有了吸引轻小物体的性质 我们就说它带了电 或有了电荷 当物体内的正电荷数量多于负电荷数量时 物体带正电 反之 带负电 正电荷数量与负电荷数量相等时 物体不带电 有的同学误认为相互吸引的两物体一定带异种电荷 辨析 除了带异种电荷的物体相互吸引之外 带电体有吸引轻小物体的性质 这里的 轻小物体 可以不带电 要点二起电的三种方式1 摩擦起电 1 摩擦起电的过程由于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带负电 失去电子的物体则带正电 如玻璃棒与丝绸摩擦时 玻璃棒容易失去电子而带正电 硬橡胶棒与毛皮摩擦时 硬橡胶棒容易得到电子而带负电 2 摩擦起电的本质摩擦起电时 电荷并没有凭空产生 其本质是发生了电子的转移 所以两个相互摩擦的物体一定是同时带上性质不同的电荷 且电荷量相等 2 感应起电 1 静电感应 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的现象 2 感应起电 利用静电感应使导体带电的过程 若先移走c 再分开a b 则a b原来在c的作用下感应出的异种电荷会立即中和 a b分开后不带电 感应起电的判断方法 1 当一个带电体靠近导体时 产生静电感应现象 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 2 凡是遇到接地问题时 该导体与地球可视为一个导体 而且该导体可视为近端物体 带异种电荷 地球就成为远端导体 带同种电荷 3 接触起电 1 定义 一个物体带电时 电荷之间会相互排斥 如果接触另一个导体 电荷会转移到这个导体上 使这个导体也带电 这种带电方式称为接触起电 2 本质 接触起电的本质是电荷的转移 接触起电过程中电子转移的规律 1 带正电荷的物体与带负电荷的物体接触 电子由带负电荷的物体转移到带正电荷的物体上 2 带正电荷的物体与不带电的中性物体接触 电子由中性物体转移到带正电荷的物体上 3 带负电荷的物体与不带电的中性物体接触 电子由带负电荷的物体转移到中性物体上 5 三种起电方式的区别三种起电方式的本质都是电荷的转移 它们的主要区别是 1 接触起电是用一个不带电的物体去接触另一个带电的物体 使电荷从带电物体转移一部分到不带电的物体上 带电总量不变 2 摩擦起电是两个不同的物体相互摩擦 其中一个物体失去电子而带正电 另一个物体获得电子而带负电 带电总量为零 代数和为零 3 感应起电是将一个导体接近 但不接触 另一个带电体 使导体靠近带电体的一端带上与带电体相异的电荷 而另一端带上与带电体相同的电荷 是导体中的自由电荷在带电体电荷的作用下发生定向移动 使电荷重新分布 验证物体是否带电的两种方法 1 将物体靠近轻小物体 例如纸片 头发 若能吸引轻小物体则带电 否则不带电 2 将待检验物体靠近或接触验电器的金属球 若金属箔片张开则带电 否则不带电 要点三电荷守恒定律1 内容电荷既不会创生 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 这个结论叫做电荷守恒定律 2 电荷守恒定律的另一种表述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 对电荷守恒定律的理解 1 电荷守恒定律和能量守恒定律一样 也是自然界中最基本的守恒定律 2 两种典型的摩擦起电现象 一是用丝绸摩擦玻璃棒 玻璃棒带正电 二是用毛皮摩擦橡胶棒 橡胶棒带负电 玻璃棒和橡胶棒上带的电都不是凭空产生的 而是通过摩擦使物体之间发生了电子得失的现象 符合电荷守恒定律 可以推断 与玻璃棒摩擦过的丝绸要带负电 与橡胶棒摩擦过的毛皮要带正电 3 带等量异种电荷的两金属球相接触 发生电荷中和 两球都不再带电 这个过程中两球所带电荷的总量并没有变 为零 电荷也是守恒的 4 电荷守恒定律的广泛性 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 有的同学误认为 中性 中和 的意义相同 辨析 电中性的物体是有正 负电荷存在的 只是正 负电荷量的代数和为零 对外不显电性 电荷的中和是指等量异种电荷相互抵消而不带电的过程 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 物体带的电荷量是不能连续变化的物理量 只能是元电荷的整数倍 有的同学误认为元电荷就是带电荷量足够小的带电体 辨析 元电荷是一个抽象的概念 不是指某一个带电体 它是指一个特定的电荷量 另外任何带电体所带电荷量都是1 6 10 19c的整数倍 绝缘细线上端固定 下端挂一轻质小球a a的表面镀有铝膜 在a旁有一绝缘金属球b 开始时 a b都不带电 如图所示 现使b带电 则 a b将吸引a 吸住后不放开b b先吸引a 接触后又把a排斥开c a b之间不发生相互作用d b立即把a排斥开 解析 b球带电后 使a产生静电感应 感应的结果是a靠近b的一侧出现与b异种的感应电荷 远离b的一侧出现与b同种的感应电荷 虽然a上的感应电荷等量异号 但因为异种电荷离b更近 所以b对a的静电力表现为引力 当b吸引a使两者接触后 由于接触带电 b a便带同种电荷 有斥力作用 因而又把a排斥开 所以b正确 答案 b 方法总结 在处理带电物体间发生相互作用时 需特别注意带电物体具有吸引不带电的轻小物体的特性 所以当两物体相互吸引时 其可能情况是一个带电 另一个不带电 也可能是两物体带异种电荷 当物体接触后 它们可能带同种电荷产生斥力 不少同学注意到了第二种情况 漏掉了第一种情况 2014 枣庄一模 现有丝绸 玻璃 塑料薄膜三种材料 通过实验发现 当被丝绸摩擦过的玻璃棒靠近被丝绸摩擦过的塑料薄膜时 两者相互吸引 据此排出三种材料的顺序 使前面的材料跟后面的材料摩擦后 前者总是带负电 这个顺序是 a 丝绸 玻璃 塑料薄膜b 塑料薄膜 玻璃 丝绸c 塑料薄膜 丝绸 玻璃d 丝绸 塑料薄膜 玻璃 变式训练1 1 解析 根据电荷守恒定律可知 被丝绸摩擦过的玻璃棒带正电 丝绸带负电 则丝绸得到电子的能力比玻璃棒大 玻璃棒吸引塑料薄膜 表明塑料薄膜带负电 即塑料薄膜得到电子的能力比丝绸大 三种得到电子的能力由大到小排列为 塑料薄膜 丝绸 玻璃棒 前面的材料跟后面的材料摩擦后 前者总是带负电 故c选项正确 答案 c 如图所示 a b为相互接触的用绝缘支架支持的金属导体 起初它们不带电 在它们的下部贴有金属箔片 c是带正电的小球 下列说法正确的是 a 把c移近导体a时 a b上的金属箔片都张开b 把c移近导体a 先把a b分开 然后移去c a b上的金属箔片仍张开c 先把c移走 再把a b分开 a b上的金属箔片仍张开d 先把a b分开 再把c移走 然后重新让a b接触 a上的金属箔片张开 而b上的金属箔片闭合 解析 1 c移近a时 带正电的小球c对a b内的电荷有力的作用 使a b中的自由电子向左移动 使得a端积累了负电荷 b端积累了正电荷 其下部的金属箔片也分别带上了与a b同种性质的电荷 由于同种电荷间的斥力 所以金属箔片都张开 a正确 2 c靠近后保持不动 把a b分开 a b上的电荷因受c的作用力不可能中和 因而a b仍带等量的异种感应电荷 此时即使再移走c 因a b已经绝缘 所带电荷量也不会变 金属箔片仍张开 b正确 3 若先移走c 再把a b分开 则在移走c后 a b上的感应电荷会马上在其相互之间的引力作用下吸引中和 不再带电 所以箔片都不会张开 c错 4 先把a b分开 再移走c a b仍然带电 但重新让a b接触后 a b上的感应电荷完全中和 箔片都不会张开 d错 答案 ab 方法总结 感应起电的实质是与带电体靠近的导体中的自由电子的转移 分析时注意以下几点 1 明确带电体与感应起电的导体 2 弄清楚导体靠近带电体的一端和远离带电体的另一端 近端感应出异种电荷 远端感应出同种电荷 3 注意拿走物体的顺序 若保持带电体不动 先分开导体的靠近端和远离端 再移走带电体 则靠近端带异种电荷 远离端带同种电荷 若先移走带电体 则导体上的电荷会立即中和 不再带电 如图所示是一个带正电的验电器 当一个金属球a靠近验电器上的金属小球b时 验电器中金属箔片的张角减小 则 a 金属球a可能不带电b 金属球a一定带正电c 金属球a可能带负电d 金属球a一定带负电 变式训练2 1 解析 验电器上的金属箔片和金属球都带有正电荷 金属箔片之所以张开 是由于箔片上的正电荷互相排斥造成的 当验电器金属箔片的张角减小时 说明箔片上的正电荷一定比原来减少了 由于金属球a只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球b发生接触 要考虑感应起电的影响 当金属球a靠近时 验电器的金属球b 金属杆包括金属箔片整体相当于一个导体 金属球a距金属球b较近 而距金属箔片较远 如果金属球a带正电 验电器上的正电一定向远处移动 则金属箔片上的正电荷量不会减少 所以选项b是错误的 如果金属球a带负电 验电器上的负电荷会由于静电力作用向金属箔片移动 造成金属箔片上的正电荷量减少 所以选项c是正确的 如果金属球a不带电 由于受到金属球b上正电荷的影响 金属球a上靠近金属球b的部分也会由于静电力的作用出现负电荷 而这些负电荷反过来会使得验电器上的负电荷向金属箔片移动 效果与金属球a带负电荷一样 所以选项a也是正确的 选项d是错误的 答案 ac 两个完全相同的带电绝缘金属小球a b 分别带有电荷量qa 6 4 10 9c qb 3 2 10 9c 让两绝缘金属小球接触 在接触过程中 电子如何转移 转移了多少 答案 见解析 方法总结 1 金属导体内能自由移动的电荷是电子 所以两个金属导体接触起电的实质是电子的转移 2 相同金属球相互接触时电荷量的分配规律将带电荷量q1与带电荷量q2的金属球接触后 小球的带电量分配规律如下 2014 江苏模拟 a b两物体均不带电 相互摩擦后a带负电荷 电荷量大小为q 则b的带电情况是 a 带正电荷 电荷量大于qb 带正电荷 电荷量等于qc 带负电荷 电荷量大于qd 带负电荷 电荷量等于q解析 根据电荷守恒定律可知 ab相互摩擦后 a得到电子的能力大于b 物体带负电荷 物体b带正电荷 电荷量等于q 故b选项正确 答案 b 变式训练3 1 1 2015 南平市松溪一中期中 关于摩擦起电和感应起电 以下说法正确的是 a 摩擦起电是因为电荷的转移 感应起电是因为产生电荷b 摩擦起电是因为产生电荷 感应起电是因为电荷的转移c 不论摩擦起电还是感应起电都是电荷的转移d 以上说法均不正确 解析 摩擦起电和感应起电的实质都是电荷的转移 不是产生电荷 a b d选项错误 c选项正确 答案 c 2 下列关于电荷 电荷量的说法正确的是 a 自然界存在有三种电荷 正电荷 负电荷和元电荷b 物体所带的电荷量可以是任意值c 物体所带的电荷量只能是某些特定的值d 物体的带电量可以是2 10 19c解析 元电荷不是一种电荷 它是电荷量 故a选项错误 物体所带的电荷量只能是某些特定的值 均应是元电荷的整数倍 即1 6 10 19c的整数倍 故b d选项错误 c选项正确 答案 c 3 在秋冬的干燥天气里 当你在黑暗中脱下