重庆市万州区分水中学高中物理 第一章 第1讲 电荷及其守恒定律教学案 新人教版选修31(1).doc

重庆市万州区分水中学高中物理 第一章 第1讲 电荷及其守恒定律教学案 新人教版选修3-1目标定位1.知道自然界中的两种电荷及其相互作用的性质.2.知道使物体带电的三种方式.3.掌握电荷守恒定律及元电荷的概念一、电荷1. 两种电荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引2物体带电的三种方式：即摩擦起电、接触起电、感应起电其实质都是电子的转移(1)摩擦起电：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(2)接触起电：一个带电物体接触另一个导体，电荷会转移到这个导体上，使这个导体也带电(3)感应起电：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，这种现象叫静电感应现象利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电想一想对外不显电性的物体内有电荷吗？答案物体由原子组成，原子由电子和原子核组成，而原子核又由中子和质子组成其中质子带正电，电子带负电，原子所含的电子数和质子数相等，因此对外不显电性的物体内同样存在电荷二、电荷守恒定律1第一种表述电荷既不会创生，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第二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想一想两带电小球接触后都没电了，是电荷消失了吗？电荷还守恒吗？答案没有消失，这是电荷的中和，是指两个带等量异种电荷的物体相互接触时，由于正负电荷间的相互吸引作用，电荷发生转移，最后都达到电中性状态的一个过程. 电荷仍然守恒三、元电荷1电荷量：电荷的多少叫做电荷量，在国际单位制中它的单位是库仑，简称库用符号c表示2元电荷：质子、正电子所带的电荷量是科学实验发现的最小电荷量，这个最小的电荷量叫做元电荷3元电荷的值：e1.601019_c.4比荷：电子的电荷量e与其质量me之比，叫做电子的比荷想一想有人说质子或电子就是元电荷，对吗？质子和电子的比荷相同吗？答案不是元电荷是最小的带电单位，不是带电粒子，没有电性之说质子、电子的电荷量相同，但质子质量远大于电子，所以电子的比荷大于质子的比荷一、三种起电方式的比较1摩擦起电：当两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会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2感应起电：当一个带电体靠近导体时，由于电荷之间相互吸引或排斥，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3接触起电：当导体与带电导体接触时，在电荷的相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上，使导体带上与带电体相同性质的电荷4三种起电方式的实质都是自由电子的转移例1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的旁边有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图111所示，现使b带电，则()ab将吸引a，吸住后不放开bb先吸引a，接触后又把a排斥开ca、b之间不发生相互作用db立即把a排斥开答案b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的电场力为引力当b吸引a使两者接触后，由于接触带电，b、a又带上同种电荷，有斥力作用，因而又把a排斥开，所以b项正确借题发挥(1)静电感应中，中性导体在两侧同时感应等量异种电荷感应的过程，就是导体内电荷重新分布的过程(2)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二、电荷守恒定律的理解和应用1. 电中性的物体是有电荷存在的，只是电荷量的代数和为零，对外不显电性；电荷的中和是指带等量异号电荷的两物体接触时，经过电子的转移，物体达到电中性的过程.2.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子发生了转移，也就是说起电过程是物体所带电荷的重新分配3导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关，当两个完全相同的金属球接触后，电荷将平均分配，即最后两个球一定带等量的同种电荷若两个球原先带同号电荷，电荷量相加后均分；若两个球原先带异号电荷，则电荷先中和再均分例2半径相同的两金属小球a、b带有相同的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个半径相同的不带电金属小球c，先后与a、b接触后移开(1)若a、b两球带同种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？(2)若a、b两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？答案(1)23(2)21解析(1)设a、b带同种电荷带电荷量均为q，则a、c接触后，a、c带电量为qaqcq.c与b球接触后，b、c所带电量为qbqcq.故a、b带电荷量大小之比为.(2)设qaq，qbq.则c与a接触后，a、c带电量为qaqcq.c与b接触后，b、c带电量为qbqcq，故a、b带电荷量大小之比为.借题发挥(1)相同的金属球带同种电荷时，接触时总电荷量平分(2)相同的金属球带异种电荷时，接触时电荷中和后将剩余电荷平分三、验电器和静电计1验电器(或静电计)的金属球、金属杆和下面的两个金属箔片是同一导体图1122当带电的物体与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，因相互排斥而张开，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3当带电体靠近验电器的金属球时，金属箔片也可张开因为带电体会使导体棒的上端感应出异种电荷，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箔片张开例3使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是()答案b解析把带电金属球移近不带电的验电器，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷选项b正确借题发挥验电器中金属球、金属杆和金箔为一个整体验电器带电后，金箔上也会带电，两金箔相互排斥而张开角度，张角的大小取决于两金箔带电量的大小对感应起电的理解图1131如图113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上的金属箔片闭合答案ab解析虽然a、b起初都不带电，但带正电的导体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端带正电荷，其下部贴有的金属箔片分别带上了与a、b同种的电荷，所以金属箔片都张开，a正确c只要一直在a、b附近，先把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仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走c，a、b所带电荷量也不能变，金属箔片仍张开，b正确但如果先移走c，a、b上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以箔片都不会张开，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上的感应电荷会完全中和，箔片都不会张开，d错故选a、b.电荷守恒定律的理解和应用2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qa6.4109 c，qb3.2109 c，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？答案电子由b球转移到了a球，转移了3.01010个电子解析当两小球接触时，带电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配由于两小球完全相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电荷量qaqb c1.6109 c.在接触过程中，电子由b球转移到a球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使b球带qb的正电，这样，共转移的电子电荷量为qbqbqb1.6109(3.2109)c4.8109 c.转移的电子数n3.01010(个)用验电器检验电荷的原理和方法图1143如图114所示，用起电机使金属球a带上正电荷，并靠近验电器b，则()a验电器金箔不张开，因为球a没有和球b接触b验电器金箔张开，因为整个验电器都感应出了正电荷c验电器金箔张开，因为整个验电器都感应出了负电荷d验电器金箔张开，因为验电器的下部箔片感应出了正电荷答案d解析相对于金属球来讲，金属箔片是距离带电体a较远的一端，根据静电感应规律可知，验电器的两金属箔片都带上了正电荷，而同种电荷相斥，所以金属箔片张开，即d正确.(时间：60分钟)题组一对元电荷的理解1关于元电荷，下列说法中正确的是()a元电荷实质上是指电子和质子本身b所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍c元电荷的值通常取e1.601019 cd电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的答案bcd解析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，电荷是不能连续变化的物理量，电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的由以上分析可知选项b、c、d正确2保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务盗版书籍影响我们学习效率甚至会给我们的学习带来隐患小华同学有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个带电质点的电量数字看不清，他只能看清是6._1018 c，拿去问老师，如果你是老师，你认为该带电质点的电量可能是下列哪一个()a6.21018 c b6.41018 cc6.61018 c d6.81018 c答案b解析任何带电体的电荷量是元电荷的整数倍，即是1.61019 c的整数倍，由计算可知，只有b选项是1.61019 c的整数倍，故b正确题组二对三种起电方式的理解3关于摩擦起电现象，下列说法正确的是()a摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子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，可能是因为摩擦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正电答案bd解析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，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电使物体带电并不是创造出电荷4如图115用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，由此对摩擦起电说法正确的是()图115a两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子b两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷c两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等d同一物体与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同答案cd解析两物体摩擦时是否得失电子取决于原子对电子的束缚力大小，a错由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，b错，c对由题中例子不难看出，同一物体与不同种类的物体摩擦，带电种类可能不同，d对图1165如图116所示，左边是一个原先不带电的导体，右边c是后来靠近的带正电的导体球，若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为a、b两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为qa、qb，则下列结论正确的是()a沿虚线d切开，a带负电，b带正电，且qaqbb只有沿虚线b切开，才有a带正电，b带负电，且qaqbc沿虚线a切开，a带正电，b带负电，且qaqbd沿任意一条虚线切开，都有a带正电，b带负电，而qa、qb的值与所切的位置有关答案d解析静电感应使得a带正电，b带负电导体原来不带电，只是在带正电的导体球c静电感应的作用下，导体中的自由电子向b部分转移，使b部分带了多余的电子而带负电；a部分少了电子而带正电根据电荷守恒定律，a部分移走的电子数目和b部分多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷量总是相等的，但由于电荷之间的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受c的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布的不均匀，越靠近右端负电荷密度越大，越靠近左端正电荷密度越大，所以从不同位置切开时左右两部分所带电荷量的值qa、qb是不同的，故只有d正确图1176用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，如图117所示对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是()a摩擦使笔套带电b笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异号电荷c圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力d笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和答案abc解析笔套与头发摩擦后，能够吸引圆环，说明笔套上带了电荷，即摩擦使笔套带电，选项a正确；笔套靠近圆环时，由于静电感应，会使圆环上、下部感应出异号电荷，选项b正确；圆环被吸引到笔套的过程中，是由于圆环所受静电力的合力大于圆环所受的重力，故选项c正确；笔套碰到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上，使圆环带上性质相同的电荷，选项d错误题组三验电器及电荷间相互作用图1187挂在绝缘细线下的两个轻质小球，表面镀有金属薄膜，由于电荷的相互作用而靠近或远离，分别如图118甲、乙所示，则()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答案bc解析题目中的小球都是镀有金属薄膜的轻质小球，带电物体具有吸引轻小物体的性质，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以可以判断出题图甲的现象可以是两个带异种电荷的小球，也可以是一个小球带电而另一个小球不带电；两个小球由于相互排斥而出现题图乙中的现象，则必须都带电且是同种电荷图1198如图119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一定带负电答案ac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离金属球b较近，而离金属箔片较远如果金属球a带正电，验电器上的正电荷一定向远处移动，则金属箔片上的电荷量不会减少，所以选项b是错误的如果金属球a带负电，验电器上的正电荷会由于引力作用向近端移动，造成金属箔片上的电荷量减少，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正电荷向金属球b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是错误的题组四对电荷守恒定律及电荷量的理解图11109导体a带5q的正电荷，另一完全相同的导体b带q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则b导体的带电量为()aq bq c2q