高中物理 第1节 电荷及其守恒定律精品课件 新人教版选修31.ppt

情景切入自古以来 人们就对自然充满敬畏与好奇 电闪雷鸣 是一种常出现在暴风雨中的自然现象 它是那样的神秘 来去匆匆 稍纵即逝 如图1 它给人们带来甘霖 同时也给人们带来恐惧 几千年以来人们一直想探究其中的奥秘 更想将它驾驭于手中 美国科学家富兰克林就曾冒着生命危险 尝试用风筝去捕捉雷电 如图2 图1电闪雷鸣与静电有关 图2富兰克林做风筝实验电是那样的实在 给我们的生活带来极大的方便 电又是那样的神奇 让人看不见 摸不着 电是什么 我们又该如何认识它呢 知识导航本章从电荷在电场中受力和电场力做功两个角度研究电场的基本性质 在学习过程中要掌握七个概念 二个定律 一个规律 两种关系 一种研究方法 七个概念 电场强度 电场线 电势 电势能 电势差 电容 电容器二个定律 电荷及其守恒定律 库仑定律一个规律 带电粒子在电场中运动的规律两种关系 电场力做功与电势能的变化关系 匀强电场中电场强度与电势差的关系一种研究方法 比值定义法 其中 库仑定律的应用 电场力做功 电荷电势能的变化规律 即能的转化与守恒定律 电容器构成的电路动态分析 带电粒子 微粒 在复合场中的运动是本章的难点 本章的内容是电学的基础知识 也是学习以后各章的准备知识 学法指导1 本章的特点是 基本概念多且抽象 许多知识要在力学知识基础上学习和运用 因此学习中应注意复习必要的力学知识 以便能够自然地把力学和电学知识密切联系起来 2 电场强度的定义是一种新型的定义方法 比值定义法 也是物理学中的一个常用方法 要能正确理解电场强度和试探电荷所受的电场力无关 和试探电荷q无关的结论 3 电势的概念也是电场的一个非常重要的概念 能理解它的具体含义 知道它是反应电场中能的性质的物理量 它和电场强度一样也是用比值定义法来定义的 要进一步理解比值定义法的实用价值 4 电场线和等势面是为了形象化理解电场而引入的假想的线 实际不存在 但在解决电场中电场强度大小的比较 电势的高低 电荷电势能高低的比较 电场力对电荷做功正负等方面有非常重要的实用价值 要切实掌握 5 本章知识在实际中有广泛的应用 现行教材中特别注意理论与实际的结合 从内容到习题和阅读材料 有许多现代化设备的介绍 如静电复印 范德格拉夫静电加速器的利用等 通过这些介绍 可以使理论更好地与生活实际相联系 对学好这些物理知识有很大的帮助作用 而且也可以拓展思路 学会用理论知识去分析和解决实际问题 在干燥的冬天 你也许有过这样的经历 当你经过铺有地毯的走道来到房间门口 在伸手接触金属门把的一刹那 突然听到 啪 的一声 手被麻了一下 弄得你虚惊一场 下图 是谁在恶作剧 1 自然界只存在两种电荷 用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷是一种 用毛皮摩擦过的所带的电荷是另一种 美国科学家富兰克林 如图 把前者命名为 把后者命名为 2 金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的而在金属中自由活动 这种电子叫 失去电子的原子便成为带电的 硬橡胶棒 正电荷 负电荷 自由电子 正 离子 束 缚 3 使物体带电的方法有三种 如图 它们分别是三种带电方式的实质都是一样的 都是使电荷从转移到 或从物体的转移到 一个物体 另一个物体 一部分 另一部分 4 到目前为止 科学实验发现的最小电荷量是所带的电荷量 带有跟电子等量的异种电荷 这个最小的电荷用e表示e 电子 质子 正电子 1 60 10 19c 1电荷 1 用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒都可以吸引碎纸屑 下图 物体有了这种能吸引轻小物体的性质 就说它带了电荷 简称带了电 2 自然界中只存在两种电荷 正电荷和负电荷 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 特别提醒 尽管电荷量有正负值 正号一般省略 要知道这里的 号代表电荷的性质 种类 与数学中的正负号的含义不同 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 因此不显电性的物体内同样存在电荷 1 摩擦起电 当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 这就是摩擦起电 2 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 远离的一端带同号电荷 这种现象叫做静电感应 利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电 注 感应起电有严格的操作步骤 a 使带电体c 如带正电 靠近相互接触的两导体a b 如图甲 b 保持c不动 用绝缘工具分开a b c 移走c 则a带负电 b带正电 如图乙 如果先移走c 再分开a b 那么原来a b上感应出的异种电荷立即中和 不会使a b带电 特别提醒 感应起电时 保持带电导体对外绝缘是成功的关键 在干燥的环境中操作是必要的条件 3 接触起电 用带电物体与不带电物体接触或两个带相反电荷但所带电荷量不同的物体相接触 都可以使物体带电 前一种情况是两物体带同种性质的电荷 如果两个物体相同则平分电荷量 后一种情况是两个物体先中和相同量的异种电荷 然后分配剩余电荷 特别提醒 接触起电与感应起电的异同点如下 1 相同点 实质相同 都是电子的转移 2 不同点 前者必须接触 后者只需靠近 为什么能发生感应起电的是导体而不是绝缘体 答案 感应起电的实质是在带电体上电荷的作用下 导体上的正负电荷发生了分离 使电荷从导体的一部分转移到了另一部分 只有导体上的电子才能自由移动 绝缘体上的电子不能自由移动 所以导体能发生感应起电 而绝缘体不能 电荷守恒定律 电荷既不能创造 也不能消灭 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 在任何转移的过程中 电荷的总量不变 电荷守恒定律也常表述为 一个与外界没有电荷交换的系统 电荷的代数和总是保持不变的 特别提醒 1 在一定条件下 电荷是可以产生和湮灭的 但电荷的代数和不变 如一对正 负电子可同时湮灭 转化为光子 2 电荷守恒是自然界重要的基本规律之一 当两个带异种电荷的导体接触时 会发生电荷的中和现象 中和的电荷是不是消失了 答案 不是 所谓 中和 是指两个带等量异种电荷的物体相互接触时 由于正负电荷间的吸引作用 电荷发生转移 最后都达到中性状态的一个过程 1 通常把e 1 60 10 19c的电荷叫做元电荷 所有带电体的电荷都是元电荷的整数倍 元电荷并非是一种电荷 而是最小电荷量值 它也是电荷量的最小单位 2 电子的电荷量和其质量的比值 叫做电子的比荷 电子的比荷为 有人说质子或电子是元电荷 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 误区1 相互吸引的一定是带异种电荷的物体 点拨 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特性 这里的 轻小物体 可能不带电 误区2 两个带电体相互接触后电荷量平分 点拨 并不是所有情况下接触后电荷量都能够进行平分 电荷量平分只能在一种情况下满足 那就是两个相互接触的物体必须是两个完全相同的球体 误区3 通过一定的方法可以使物体带上任意大小的电量 点拨 电荷量不能连续变化 因为最小的电荷量为1 60 10 19c 质子及电子所带电荷量的绝对值与元电荷电荷量相等 但不能说它们带有一个元电荷 a导体带负电荷 b导体带同样多的正电荷 将a b两导体连在一起 以下说法正确的是 a 两导体上的正负电荷完全消失了b a导体上的负电荷全部跑到b导体上去了 而b导体上的正电荷全部跑到a导体上去了c a导体上的一部分负电荷跑到b导体上 而b导体上的一部分正电荷跑到a导体上 刚好被中和d 以上说法均不正确 解析 容易错选ab 错选原因为 从电荷的中和结果是彼此不带电的认识上 误认为电荷消失了 从而错选a 这其实违背了电荷守恒定律 没有考虑到只有自由电荷才可以定向移动 从而错选b 导体中只有自由电子可以自由移动 正确选项为d a b两个导体带有等量的异种电荷 把它们连在一起 发生了电中和现象 其实质是a导体上的多余电子 负电荷 全部跑到b导体上 与b导体上等量的正电荷中和了 答案 d 点评 1 等量异种电荷的中和是正 负电荷完全相互抵消 即净电荷为零 正 负电荷本身依然存在 并不是正 负电荷分别消失 电荷既不能创造 也不能消失 可见电荷的中和是 净电荷 的减少或消失 2 在导体中 只有能自由移动的电荷才能发生移动 如金属导体中能移动的是带负电的电子 关于电荷量的下列说法中哪些是错误的 a 物体所带的电荷量可以为任意实数b 物体所带的电荷量只能是某些值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 6 10 19c答案 a 解析 任何带电体的电荷量只能是元电荷的整数倍 而不是任意值 物体带电荷量的最小值应为元电荷量的1倍 是e 1 6 10 19c物体带正电是因为失去电子 失电子的个数为n q e故选项a符合题意 给你一个带正电荷的金属球a 和两个不带电的金属球b c 你有哪些办法可以让b带负电 有哪些办法可以让b带正电 解析 使b球带负电的方法有 方法一 先使b与c靠在一起 让a靠近b 然后分开b c再移走a b就带负电 方法二 让a靠近b 用手接触一下b球 把手拿开后 b就带负电 方法三 让a靠近b 用一根导线把b与大地连接后 撤去导线 移去a 则b带负电 使b球带正电的方法有 方法一 让a与b接触后再分开 则b带正电荷 方法二 先使b与c靠在一起 让a靠近c 然后分开b c 再移走a 则b带正电 点评 使物体带电的方式有摩擦起电 接触起电和感应起电 摩擦起电一般限于使绝缘体带电 接触起电使相互接触的两个导体只能带同种电荷 而感应起电则可根据需要使导体带各种电荷 且不改变施感电荷的电荷量 2009 惠阳高二检测 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 用绸布摩擦有机玻璃棒后 将玻璃棒靠近悬吊着的用锡纸揉成的小纸团时 原本不带电的锡纸团会被吸引 然后又被弹开 试解释这个现象 解析 绸布摩擦过的玻璃棒a带上了正电 当它靠近锡纸团b 导体 时 产生静电感应 右图 感应负电荷被a上正电荷吸引 感应正电荷被a上正电荷排斥 因感应正电荷比感应负电荷离a远 排斥力小于吸引力 故锡纸团受吸引力作用而靠拢a 一旦锡纸团b与a接触 原本总体呈中性的b便得到从a转移过来的正电荷而带上正电 其实质是中性导体b上的电子转移到a上 b缺少电子后便带正电 于是a b因带同种电荷互相排斥而分离 点评 本题考查了三个知识点 1 带电体有吸引轻小物体的性质 2 接触带电 3 同种电荷相互排斥 绝缘细线上端固定 下端悬挂一个轻质小球a a的表面镀有铝膜 在a的近旁有一绝缘金属球b 开始时 a b都不带电 如图所示 现使a b分别带正 负电 则 a b将吸引a 吸引后不放开b b先吸引a接触后又分开c a b之间不发生相互作用d b立即把a排斥开答案 b 解析 因a带正电 b带负电 异种电荷相互吸引 轻质小球将向b靠拢并与b接触 当小球a与b接触后 将对两球所带的电荷进行重新分配 结果两球带同种电荷 正电或负电 因此两球将会排斥开 若a b原先带电荷量相等 则a b接触后中和而都不带电 a b由此分开 人体吸收空气中的负离子后 能增强心肺功能 促进血液循环 加快新陈代谢 提高免疫能力 还能提高大脑中枢神经的调节作用 目前医学上也常用 负离子发生器 产生负离子来治疗气管炎 哮喘等呼吸系统疾病 1 请你利用所学知识分析 负离子发生器 是怎样产生的负离子 你认为都市中什么地方 什么时候负离子含量多 空气新鲜 2 空气中的负离子 主要是氧气结合自由电子形成的 写出形成负氧离子的反应式 3 雨林 喷泉 瀑布附近空气特别清新 而室内电器工作时空气负离子少 为什么 解析 1 负离子发生器 是利用高压电场使空气分子电离而产生负离子的 都市公园内的早晨空气新鲜 负离子含量多 2 空气中负氧离子产生的反应式为o2 4e 2o2 3 雨林 喷泉 瀑布附近 空气潮湿 空气流动时微小水滴会因摩擦而带电 从而使周围的空气分子带上电 而电器室内 一是空气稳定 二是电器工作时要产生静电与空气负离子中和 负离子要少 点评 本题以空气负离子为背景 将物理 化学 生物结合起