高中物理 第1章 静电场 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 教师参考 一 课程标准1 内容标准 1 了解静电现象及其在生活和生产中的应用 用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象 2 知道点电荷 体会科学研究中的理想模型方法 知道两个点电荷间相互作用的规律 通过静电力与万有引力的对比 体会自然规律的多样性与统一性 3 了解静电场 初步了解场是物质存在的形式之一 理解电场强度 会用电场线描述电场 4 知道电势能 电势 理解电势差 了解电势差与电场强度的关系 5 观察常见电容器的构造 了解电容器的电容 举例说明电容器在技术中的应用 2 活动建议 1 通过查阅资料 阅读说明书 观察实物等方式 了解避雷针 静电除尘器 静电复印机 激光打印机等设施的基本原理 撰写一篇科学报告 2 收集资料 综述静电的危害和预防方法 二 高考内容及要求1 物质的电结构 电荷守恒 2 静电现象的解释 3 点电荷 4 库仑定律 5 静电场 6 电场强度 点电荷的场强 7 电场线 8 电势能 电势 9 电势差 10 匀强电场中电势差与电场强度的关系 11 带电粒子在匀强电场中的运动 12 示波管 13 常见电容器 电容器的电压 电荷量和电容的关系 说明 带电粒子在匀强电场中运动的计算 只限于带电粒子进入电场时速度平行或垂直于场强方向的情况 第1节电荷及其守恒定律 教师参考 一 教学目标知识与技能1 知道两种电荷及其相互作用 知道电荷量 元电荷 比荷的概念2 知道摩擦起电 接触起电 知道起电不是创造了电荷 而是使物体中的正负电荷分开3 知道静电感应现象 知道感应起电的原因4 知道电荷守恒定律过程与方法1 通过对初中知识的复习使学生进一步认识自然界中的两种电荷2 通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷 而是使物体中的正负电荷分开 但对一个与外界没有电荷交换的系统 电荷的代数和不变 情感态度与价值观通过对本节的学习培养学生从微观的角度认识物体带电的本质二 教学重点难点教学重点电荷守恒定律教学难点利用电荷守恒定律分析解决与接触起电和感应起电相关的问题三 重难点突破方略感应起电过程的突破方略 实验演示 取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体a b 使它们彼此接触 用丝绸摩擦过的有机玻璃棒反复多次接触球形导体c 使之带正电 将c移近a 如图所示 教师演示1与设问 用与有机玻璃棒摩擦过的丝绸放置在导体a附近 并提问 1 丝绸是靠近导体a还是远离a 答案 丝绸因受到排斥力而远离导体a 2 导体a带正电还是带负电 答案 导体a带负电 教师演示2与设问 用与有机玻璃棒摩擦过的丝绸放置在导体b附近 并提问 1 丝绸是靠近导体b还是远离b 答案 因受到吸引力而使丝绸靠近导体b 2 导体b带正电还是带负电 答案 导体b带正电 教师演示3与设问 1 如将导体a b分开 再移走c 导体a b带电性质的情况如何 答案 导体a仍带负电 导体b仍带正电 2 演示证明 将导体a b分开 用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验 学生回答正确 教师演示4与设问 1 将导体a b接触 它们是否带电 这说明什么问题 答案 不带电 说明接触前导体a b带等量异种电荷 接触后等量异种电荷中和 2 演示证明 使导体a b接触 仍用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验 学生回答正确 教师演示5与设问 1 若先把导体c移走 再将导体a b分开 它们是否带电 答案 导体a b不带电 2 演示证明 把导体c移走 将导体a b分开 用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验 学生回答正确 教师总结 将电荷移近不带电的导体 可以使导体带电 这种现象叫做静电感应 利用静电感应使物体带电的过程 叫感应起电 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 情境链接一为了方便储存 塑料袋出厂前经过折叠压缩堆放在一起 使塑料膜间紧贴 如图所示 这样 要把塑料袋口打开 似乎就不太容易了 然而超市的售货员可以轻松地打开新的塑料袋 售货员打开袋口的方法是用两手揉搓袋口的表面 就能轻易地打开袋口 这样做的电学原理是什么 我们还可以用保鲜膜亲身体验一下 展开一张保鲜膜并把它撕扯下来时 把撕下来的保鲜膜放在自己的脸旁 你是不是感到脸上的毛发竖了起来 这是感到了电荷的存在 信息1 塑料袋是绝缘体 揉搓塑料袋 塑料膜间相互摩擦 两膜内侧同时带负电 2 同种电荷相互排斥 搓动的那里分开了 3 撕保鲜膜时 也使保鲜膜上产生了静电 情境链接二如图所示是静电植绒的工作示意图 1是一块接高压直流电源 约40 50kv 正极的金属平板 2是一个接高压直流电源负极的金属网框 上面放着绒毛 当接通高压电源以后 开动马达使卷轴3和4转动 布底通过1和2之间 绒毛快速插入到纺织品中 涂有黏合剂地方植上了很多绒毛 一般情况下绒毛是不带电的 不带电的物体内部是否存在电荷 绒毛受到怎样方向的力才会快速插入到纺织品中 绒毛在2上时 接近下面金属板的一端带何种电荷 信息1 不带电的物体内部存在电荷 2 绒毛受到向下的引力才会快速插入到纺织品中 3 绒毛在2上时 接近下面金属板的一端带负电 教材梳理 一 电荷阅读教材第2 3页内容 知道两种电荷 原子的组成 大致了解感应起电的过程 1 两种电荷 自然界中的电荷只有 1 用丝绸摩擦过的玻璃棒带 2 用毛皮摩擦过的橡胶棒带 2 物质的微观结构 1 原子组成原子 两种 正电荷 负电荷 2 原子电性 原子核的正电荷的数量与核外电子的负电荷的数量 整个原子对外界较远的位置表现为 3 三种起电方式 1 摩擦起电 当两个物体互相摩擦时 一些束缚得不紧的往往从一个物体转移到另一个物体 于是原来电中性的物体由于得到电子而带电 失去电子的物体则带电 2 感应起电 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电荷 远离带电体的一端带电荷的现象 感应起电 利用静电感应使金属导体带电的过程 3 接触起电 不带电的物体与带电的物体接触 能使不带电的物体带上同种电荷 两个完全相同的物体接触后 会使电荷量均分 一样多 电中性 电子 负 正 异号 同号 议一议在我国北方的冬天 天气干燥 当脱掉外衣后再去摸金属门把手时 常常会被电击 这是为什么 答案 脱外衣时 由于摩擦起电 因空气干燥电荷不会短时间中和 触摸金属门把手会有放电现象被电击 二 电荷守恒定律阅读教材第4页 电荷守恒定律 部分 大致说出电荷守恒定律的内容 1 表述一 电荷既不会 也不会 它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 电荷的保持不变 2 表述二 一个与外界没有交换的系统 电荷的保持不变 创生 消灭 另一个物体 另一部分 总量 电荷 代数和 想一想教材第3页图1 1 1中 感应起电的导体a与导体b中电荷的数量是否相等 答案 电荷只在导体a与导体b中发生转移 则导体a中电荷的数量与导体b中的相等 三 电荷量阅读教材第4页 元电荷 部分 了解电荷量 元电荷 比荷等概念 1 电荷量 电荷的叫电荷量 国际单位是库仑 简称库 用表示 2 元电荷 的电荷量叫做元电荷 用e表示 e 最早由美国物理学家测得 3 电荷量的不连续性 所有带电体的电荷量或者等于e 或者是e的整数倍 这就是说电荷量是不能的物理量 4 电子的比荷 电子的与电子的质量me之比 想一想电子的电荷就是元电荷吗 为什么 答案 不是 电子的电荷是负电性的 为 e 而元电荷为e 多少 c 最小 1 60 10 19c 密立根 连续变化 电荷量e 自主检测 1 思考判断 1 通过摩擦带电的两个物体必然带等量异种电荷 2 发生静电感应现象时 导体靠近带正电的物体的一端带负电荷 3 近代物理实验发现 在一定条件下 带电粒子可以产生和湮灭 故在一定条件下 电荷守恒定律不成立 4 所有带电体的电荷量或者等于元电荷 或者是元电荷的整数倍 答案 1 2 3 4 2 2016安徽师范大学附中期中 关于起电 下列说法正确的是 a 摩擦起电是电荷的转移b 接触起电可能是产生电荷的过程c 感应起电时 由于带电体和被感应导体不接触 所以一定是产生了电荷d 摩擦起电和感应起电都可能是创造了电荷 解析 摩擦起电的实质是电荷从一个物体转移到另一个物体上 而感应起电是电荷从物体的一端移动到了另外一端 两者都不是产生了电荷 故选项a正确 a 3 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 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 c 答案 1 5 1013ba 4 有a b两个物体经摩擦后 使b带上了2 4 10 6c的正电荷 则此过程中有个电子发生了转移 是由向转移的 5 两个带有等量异种电荷的金属球接触后会发生电荷中和 即不显电性了 这是否违背了电荷守恒定律 为什么 答案 不违背 这个过程中两金属球所带电荷量的总和一直为零 电荷守恒 正负电荷并没有消失只是对外不显电性了 课堂探究核心导学 要点探究 要点一 三种起电方式 问题导引 感应起电的操作过程 1 步骤一 使带电体c 如带正电 靠近接触的两导体a b 如图所示 为什么导体a会带上负电荷 导体b会带上正电荷 答案 1 导体a b中的自由电子会受到带电体c 如带正电 的引力作用 聚集在导体a上 导体a就带上负电荷 导体b失去电子 就带上正电荷 答案 2 该步骤使导体a b分别带上不同种类的电荷 在移走c后 则a带负电 b带正电 2 步骤二 保持c不动 用绝缘工具分开a b 如图所示 该步骤有什么意义 要点归纳 1 本质 物质的三种起电方式都不是创造了电荷 只是电荷从一个物体转移到了另一个物体 或者从物体的一部分转移到了另一部分 这三种起电方式的本质都是电荷的转移 电荷总量保持不变 2 感应起电的判断方法 1 带电体靠近导体时 导体上靠近带电体的一端感应出与带电体性质不同的电荷 远离带电体的一端感应出与带电体性质相同的电荷 2 接地的某导体与地球组成一个新导体 在感应起电时该导体为近带电体端 感应出与带电体不同性质的电荷 地球为远带电体端 感应出与带电体性质相同的电荷 思路探究 1 金属箔片能张开的原因是什么 金属箔片闭合时说明了什么 答案 金属箔片与导体在该处所带电性是相同的 两金属箔片因同种电荷排斥而张开 金属箔片闭合时 说明金属箔片所在位置的导体不带电了 2 带电体c移近导体a b 则金属导体a b所带电荷量有什么关系 答案 金属导体a b上带等量的异种电荷 例1 多选 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 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 然后移走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 ab 解析 虽然a b起初都不带电 但带正电的小球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 其下部贴有的金属箔片 也分别带上了与a b同种的电荷 由于同种电荷间存在斥力 所以金属箔片都张开 故选项a正确 保持带电小球c在a b附近 先把a b分开 a b带等量异种电荷 此时再移走c 因a b已经绝缘 所带电荷量也不能变 金属箔片仍张开 故选项b正确 但如果先移走c a b上的感应电荷会马上在其相互吸引作用下中和 不再带电 所以金属箔片都不会张开 故选项c错 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 金属箔片都不会张开 故选项d错 误区警示感应起电与摩擦起电的不同 1 感应起电只适用于导体 绝缘体的电子因不能自由移动而不会感应起电 2 摩擦起电与感应起电的产生条件有两个不同点 材料不同 前者是绝缘体 后者是导体 方式不同 前者必须接触 后者是靠近 教师备用 例1 1 多选 如图所示 把架在绝缘支架上的不带电的枕形导体放在带负电的导体c附近 导体的a端感应出正电荷 b端感应出负电荷 下列说法正确的是 a 如果用手摸一下导体的b端 b端负电荷将经人体流入大地 手指离开 移去带电体c 导体将带正电b 如果用手摸一下导体的a端 大地的自由电子将经人体流入导体与a端的正电荷中和 手指离开 移去带电体c 导体带负电c 如果用手摸一下导体的中间 由于中间无电荷 手指离开 移去带电体c 导体不带电d 无论用手摸一下导体的什么位置 导体上的自由电子都经人体流入大地 手指离开 移去带电体c 导体带正电 ad 解析 无论用手摸一下导体的什么位置 则枕形导体ab 人体 大地构成 大导体 由于静电感应 则导体ab上的自由电子将经人体流入大地 使得导体带正电 手指离开 移去带电体c 导体所带正电不变 故选项a d正确 针对训练1 2016广东省湛江一中第一次考试 摩擦起电是一种常见的起电方式 关于摩擦起电 下列说法正确的是 a 用梳子和头发摩擦后能够吸引小物体 因为万有引力的作用b 在a选项中梳子带电后头发就不带电了c 摩擦起电产生了电荷 使自然界中的电荷数增加了d 摩擦起电的本质是电荷发生了转移 d 解析 用梳子和头发摩擦后能够吸引小物体 因为梳子带上了电的缘故 选项a错误 在a选项中梳子带电后头发就会带上等量的异种电荷 选项b错误 根据电荷守恒定律 自然界中的电荷数的总量保持不变 选项c错误 摩擦起电的本质是电荷从一个物体转移到了另一个物体 选项d正确 要点二 对电荷守恒定律的理解 问题导引 当两个带异种电荷的导体接触时 会发生电荷中和的现象 中和的电荷是不是消失了呢 答案 电荷中和是正 负电荷对外表现的电性相互抵消 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 负电荷消失 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 要点归纳 完全相同的导体球接触起电时电荷量分配原则1 用带电荷量为q的金属球与不带电的金属球接触 每个小球带电荷量均为q 2 且所带电荷的性质相同 2 用带电荷量为q1的金属球与带电荷量为q2的金属球接触 若两球带同种电荷 则每个小球所带电荷量为总电荷量的一半 若两球带异种电荷 则先中和相同量的异号电荷 然后平分剩余电荷 电性与所带电荷量多的金属球相同 例2 完全相同的两个金属小球a b带有相等的电荷量 相隔一定的距离 现让第三个完全相同的不带电的金属小球先后与a b接触后再移开 1 若a b两球带同种电荷 接触后a b两球的带电荷量之比为 2 若a b两球带异种电荷 接触后a b两球的带电荷量之比为 思路探究 1 一个带电 一个不带电的两完全相同的金属小球接触后分开 带电有怎样的规律 答案 电荷量平均分配 2 若带有不等量的异种电荷的两完全相同的金属球接触后分开 其带电有怎样的规律 答案 两电荷量抵消一部分后 平分剩余电荷量 答案 1 2 3 2 2 1 规律方法对物体带电的理解使物体带电不是创造了电荷 使物体所带电荷消失也不是消灭了电荷 物体带电的实质是电荷发生了转移 也就是物体间电荷的重新分配 摩擦起电 感应起电和接触起电均符合电荷守恒定律 教师备用 例2 1 有两个完全相同的带电金属小球a b 分别带有电荷量为qa 6 4 10 9c qb 3 2 10 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 答案 电子由b球转移到a球 转移的电子数为3 0 1010个 例2 2 多选 原来甲 乙 丙三物体 均为导体 都不带电 今使甲 乙两物体带等量异种电荷 乙物体再与丙物体接触 最后 得知甲物体带正电荷1 6 10 15c 丙物体带电荷量的大小为8 10 16c 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8 10 16cb 乙物体可能带有负电荷2 4 10 15cc 丙物体一定带有正电荷8 10 16cd 丙物体一定带有负电荷8 10 16c 解析 由于甲 乙 丙原来都不带电 由于甲物体带1 6 10 15c的正电荷 则乙物体带1 6 10 15c的负电荷 乙物体与不带电的丙物体相接触 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 由电荷守恒定律可知乙最终所带负电荷1 6 10 15c 8 10 16c 8 10 16c 故a d正确 ad 针对训练2 有三个相同的绝缘金属小球a b c 其中a小球带有2 0 10 5c的正电荷 小球b c不带电 现在让小球c先和小球a接触后取走 再让小球b与小球a接触后分开 最后让小球b与小球c接触后分开 最终三小球的带电荷量分别为qa c qb c qc c 答案 5 10 67 5 10 67 5 10 6 教师参考 教材探究 1 教材p3图1 1 1静电感应实验中 为什么要求a b必须是导体 而且要先把a b分开后再移走带电体c 答案 只有导体中才存在自由移动的电荷 在外界带电体的影响