高中物理 1.1 电荷及其守恒定律课件 新人教版选修31.ppt

1电荷及其守恒定律 温故知新 同学们 今天我们学习 静电场 的有关知识 首先请大家回顾一下 初中学习过的使物体带电的方法 电荷的种类及相互作用的知识 然后回答下列问题 精彩回眸 1 用毛皮摩擦橡胶棒时 橡胶棒得到电子 带 电 用丝绸摩擦玻璃棒时 玻璃棒失去电子 带 电 二者的本质都是发生了电子的转移 答案 负正2 电荷间存在相互作用力 同种电荷相互 异种电荷相互 带电的物体都具有吸引 物体的性质 答案 排斥吸引轻小 3 将一根丝绸摩擦过的玻璃棒靠近一个小通草球时 a 如果小球被吸引 小球必带负电b 如果小球被吸引 小球必带正电c 如果小球被排斥 小球必带负电d 如果小球被排斥 小球必带正电答案 d 一 电荷1 两种电荷 1 新知梳理 2 相互作用同种电荷 异种电荷 2 物体带电的三种方法 1 接触起电 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 本质 接触起电的本质是电荷的 相互排斥 相互吸引 转移 转移 2 摩擦起电 通过摩擦使物体带电的现象 摩擦起电过程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 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 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 转移 3 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 利用使金属导体带电的过程 静电感应 异号 远离 同号 二 电荷守恒定律1 第一种表述电荷既不会 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 保持不变 创生 消灭 代数和 总量 三 元电荷1 电荷量 叫做电荷量 在国际单位制中它的单位是 简称库 用符号c表示 2 元电荷 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 e 4 比荷 带电电子的与其之比 叫做电子的比荷 电荷的多少 库仑 质子 1 60 10 19c 电荷量e 质量me 正电子 合作探究 三种起电方法有哪些相同点和不同点 1 下列说法正确的是 a 物体带电就是物体得到电子b 不带电的物体上 既没有正电荷也没有负电荷c 摩擦起电的过程 是靠摩擦产生了电荷d 利用静电感应使金属导体带电 实质上是导体中的自由电子趋向或远离带电体答案 d 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 本质都是电荷发生了转移 也就是说物体所带电荷的重新分配 4 概念辨析 2 一带负电绝缘金属小球放在潮湿的空气中 经过一段时间后 发现该小球上净电荷几乎不存在了 这说明 a 小球上原有的负电荷逐渐消失了b 在此现象中 电荷不守恒c 小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了d 该现象是由于电子的转移引起 仍然遵循电荷守恒定律 解析 绝缘小球上电荷量减少是由于电子通过空气导电转移到外界 只是小球上电荷量减少 但是这些电子并没有消失 故a b错 c对 就小球和整个外界组成的系统而言 其电荷的总量仍保持不变 故d正确 答案 cd 1 元电荷 最小的电荷量 用e表示 e 1 60 10 19c 元电荷不是电子也不是质子 而是最小的电荷量 2 电荷量 物体带有电荷数量的多少 单位 库仑 物体总是带有元电荷整数倍的电荷量 3 自由电子 脱离原子核束缚的电子 能在金属中自由移动 电子带最小的电荷量 3 下列关于电荷量和元电荷的说法正确的是 a 元电荷就是电子所带电荷量b 物体所带的电荷量可以为任意实数c 物体带正电荷1 6 10 9c 这是因为失去了1 0 1010个电子d 物体带电荷量的最小值是1 60 10 19c 答案 cd 实验取一对用绝缘柱支持的导体a和b 使它们彼此接触 起初它们不带电 贴在下部的金属箔是闭合的 课本图1 1 1 把带正电荷的物体c移近导体a 金属箔有什么变化 这时把a和b分开 然后移去c 金属箔又有什么变化 再让a和b接触 又会看到什么现象 利用上面介绍的金属结构的模型 解释看到的现象 点拨 当c移近a时 由于静电感应 电子移到a端而使a端带上负电 同时b端带上正电 故金属箔片都张开 若先把a和b分开 再移走c 则此时a和b仍分别带有负电和正电 所以箔片仍张开 移走c后若a和b再接触 则a上的负电荷与b上的正电荷中和 二者都不带电 箔片闭合 典例精析 对感应起电的理解 例1 如图1 1 1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 图1 1 1 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 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上的感应电荷完全中和 箔片都不会张开 d错 故选ab 答案 ab反思领悟 感应起电要求有严格的步骤 要先把a b分开 再移走c 若先移走c 则a b上的电荷会很快中和 对感应起电的本质要有深刻的认识 对其过程要逐渐加深理解 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近旁有一绝缘金属球b 开始时 a b都不带电 如图1 1 2所示 现使b带电 则 图1 1 2 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正确 答案 b 例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 电子如何转移并转移了多少 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 由于两小球相同 剩余正电荷必均分 即接触后两小球带电荷量 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 答案 电子由b球转移到了a球 转移了3 0 1010个电子 反思领悟 相同的金属球接触后的电荷量分配若使两个完全相同的金属球带电量大小分别为q1 q2 则有 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导体的带电荷量为 a qb qc 2qd 4q 答案 c 用验电器判断物体的带电情况验电器的原理是根据同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引的规律设计而成的 当带电体接触验电器的金属小球时 使金属小球带上电荷 这些电荷可以转移到金属箔片上从而由于同种电荷的排斥作用 而使金属箔片张开一定角度 或由静电感应 当带电体靠近 创新拓展 图1 1 3 金属球时 远端感应出与带电体同种的电荷而使箔片张开 如图1 1 3 例3 如图1 1 4所示 有一带正电的验电器 当一金属球a靠近验电器的小球b 不接触 时 验电器的金箔张角减小 则 a 金属球可能不带电b 金属球可能带负电c 金属球可能带正电d 金属球一定带负电 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