2019-2020学年高中物理 第1章 电荷的相互作用 1 静电现象与电荷守恒学案 沪科版选修3-1

静电现象与电荷守恒1.知道两种电荷及电荷间的相互作用规律2.了解元电荷的含义3.知道使物体带电的方式及带电本质(重点)4掌握电荷守恒定律并能解答问题(重点、难点)一、电荷的相互作用1物体带电：用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒能吸引轻小物体，我们就说它们带了电或有了电荷2电性规定：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫做负电荷3自然界中两种电荷的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引二、物体起电的原因1摩擦起电的原因：原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成，两个不同物体相互摩擦时，自由电子从一个物体转移到另一个物体上一个物体失去电子带正电；另一个物体得到电子带负电2感应起电的原因：一个带电的物体靠近一个导体时，导体上的电荷分布会发生变化，显示出带电现象，物理学中把这种现象叫做静电感应3验电器：物体是否带电，我们可以用验电器进行检验验电器如图所示，金属球通过金属杆跟可转动的金属指针相连，当带电的玻璃棒接触金属球时，指针就会转过一定角度4电荷量：物体所带电荷的多少叫电荷量，简称电荷或电量，常用符号q或q表示在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称库，用c表示1(1)丝绸与任何物体摩擦都带负电()(2)两物体摩擦后，一定带等量异种电荷()(3)将带电体靠近验电器金属球和带电体与验电器金属球接触，验电器箔片都会张开，二者本质不同()提示：(1)(2)(3)三、电荷守恒1电荷守恒定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体或者从物体的一个部分转移到另一个部分在任何转移的过程中，电荷的总量不变2元电荷：自然界中最小的电荷单元元电荷值e1.61019c2(1)元电荷不是电荷，而是一个数值()(2)元电荷实质上是指电子或质子本身()(3)一个带电体的带电量可以是5.01019 c()提示：(1)(2)(3)常见三种起电方式的比较学案导引1三种起电方式中产生新电荷了吗？2摩擦起电与感应起电方式一样吗？摩擦起电感应起电接触起电产生及条件两不同绝缘体摩擦时导体靠近带电体时导体与带电导体接触时现象两物体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷，且电性与原带电体“近异远同”导体上带上与带电导体相同电性的电荷原因不同物质的原子核对核外电子的束缚力不同而发生电子得失导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)电荷之间的相互作用实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移(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，成功的关键是先分开两物体，再移走带电体(2)接触带电时，若完全相同两物体都带电则有两种情况：都带同种电荷时，将平分总电荷量若带异种电荷，则要先中和后平分剩余电荷如图所示，用起电机使金属球a带正电，靠近验电器b，则()a验电器的金属箔片不张开，因为球a没有和b接触b验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电c验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电d验电器的金属箔片张开，因为验电器下部的两金属箔片都带上了正电解析带正电的a球靠近验电器b，据电荷“同性斥、异性吸”的特点知，验电器金属杆下端箔片中的电子会被a球上的正电荷吸引到验电器上端，则金属杆下端的箔片就会因带正电荷而相斥，使箔片张开，故选d答案d感应起电的两个重要特点(1)近异远同：用带电体靠近不带电的导体时，会在靠近带电体的一端感应出与带电体电性相反的电荷，远离端感应出与带电体电性相同的电荷(2)等量异性：用带电体靠近不带电的导体(或两不带电的相互接触的导体)时，会在原不带电的导体两端(或两不带电的相互接触的导体上)感应出等量异性的电荷 1.下列说法正确的是()a摩擦起电和感应起电都是使物体的正负电荷分开b用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电，是摩擦过程中硬橡胶棒上的正电荷转移到了毛皮上c用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，是摩擦过程中玻璃棒得到了正电荷d物体不带电，表明物体中没有电荷解析：选a摩擦起电的实质是一个物体失去电子，另一个物体得到电子；感应起电的实质是自由电子从物体的一端运动到另一端；选项a正确在摩擦起电的过程中，是得失电子的缘故使两个物体带上不同的电荷，并不是正电荷在转移，选项b、c错误物体不带电，表明物体是电中性的，物体中有等量的异种电荷，d项错误电荷守恒定律的理解学案导引1正、负电荷的中和过程，电荷守恒吗？2平时说的物体呈中性的“中性”与“中和”是一回事吗？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，对外不显电性是一个状态量；电荷的中和是指两个物体接触后电荷的种类、数量达到异号、等量时，正负电荷代数和为0，是一个过程量2“总量”含义：指电荷的代数和3起电过程：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转移，也就是说物体所带电荷的重新分配4守恒的广泛性：电荷守恒定律同能量守恒定律一样，是自然界中最基本的规律，任何电现象都不违背电荷守恒规律，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？解题探究 (1)不带电小球c与a接触后，a、c电量如何分配？(2)带电小球a、b最终所带电性是否相同？解析(1)设a、b带同种电荷为q，则a、c接触后，a、c带电量为qaqcq.c与b球接触后，b、c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.答案(1)23(2)21用电荷量分配原则解题时的注意事项(1)电荷均分的前提条件是两导体完全相同(2)不同的导体接触后再分开，每个导体上所带电荷量不满足平均分配规律 2.两个电中性的物体甲和乙相互摩擦，没有其他物体参与电荷的交换，发现甲物体带了9.61016 c的正电荷则乙是失去电子，还是得到电子？失去或得到电子个数为多少？解析：甲带了正电荷，乙应带等量的负电荷甲失去电子，则乙得到电子，乙得到电子的个数n6103 个答案：乙得到电子，得到电子的个数为6103个典型问题感应起电中的导体接地问题感应起电中，带电体靠近导体时，导体靠近带电体的一端(近端)带上异种电荷，远离带电体的一端(远端)带上同种电荷当导体接地时，导体与大地组成一个大导体，不论导体的远端还是近端接地，这时大地都变成远端，而导体只能是近端，导体上只能感应出异种电荷，不会再出现同种电荷，也就是说原来导体远端所感应出的同种电荷转移到了大地用手接触导体和导体接地一样如图所示，把一个不带电的枕形导体靠近带正电的小球，由于静电感应，在a、b两端分别出现负、正电荷，则以下说法正确的是()a闭合开关s1，有电子从枕形导体流向大地b闭合开关s2，有电子从枕形导体流向大地c闭合开关s1，有电子从大地流向枕形导体d闭合开关s2，没有电子通过开关s2解析在s1、s2都闭合前，对枕形导体，它的电荷是守恒的，a、b出现等量负、正电荷当闭合开关s1、s2中的任何一个以后，便把大地与导体连通，使大地也参与了电荷转移，因此，导体本身的电荷不再守恒，而是导体与大地构成的系统中电荷守恒，由于静电感应，a端仍为负电荷，大地远处应感应出正电荷，因此无论闭合开关s1还是开关s2，都应有电子从大地流向导体，故c选项正确答案c(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，关于使导体带电的以下说法中正确的是()a如果让手摸一下导体的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如果让手摸一下导体的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无论用手指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，导体带正电解析：选ad无论用手摸一下导体的什么位置，都会使枕形导体通过人体与大地相连，由于静电感应，导体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，导体所带正电不变随堂检测1关于摩擦起电与感应起电，下列说法正确的是()a摩擦起电是因为电荷的转移，感应起电是因为产生了电荷b摩擦起电是因为产生了电荷，感应起电是因为电荷的转移c不论是摩擦起电还是感应起电都是因为电荷的转移d以上说法均不正确解析：选c根据电荷守恒定律可知，不论是摩擦起电、接触起电，还是感应起电，一切使物体带电的方法本质上都是电荷转移的结果，电荷既不会创生，也不会消灭故正确选项为c2如图所示，a、b是两个带有绝缘支架的金属球，它们原来均不带电，并彼此接触现使带负电的橡胶棒c靠近a(c与a不接触)，然后先将a、b分开，再将c移走关于a、b的带电情况，下列判断正确的是()aa带正电，b带负电ba带负电，b带正电ca、b均不带电da带负电，b带负电解析：选a把导体a和b分开，再移走c，导体a和b由于感应起电带上异种电荷，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以此时a带正电，b带负电故选a3使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片会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()解析：选b带电的金属球靠近不带电的验电器时，在验电器上感应出电荷，验电器的顶端带上了与金属球相异的电荷，金属箔片带上了与金属球相同的电荷，选项b正确4两个完全相同的金属球，一个带6108 c的电量，另一个带2108 c的电量把两球接触后再分开，两球带电情况是()a均为4108 cb均为2108 cc均为2108 c d均为4108 c解析：选b两个完全相同的金属球接触后，电荷总是相同，根据电荷守恒定律，电荷应该先中和，再平分，故q c2108 c，故选b5如图所示，放在绝缘支架上带正电的导体球a，靠近放在绝缘支架上不带电的导体b，导体b用导线经开关接地，现把开关先合上再断开，再移走a，则导体b()a不带电 b带正电c带负电 d不能确定解析：选c开关s合上时，导体b与地球变为一个整体，导体b为近端物体，地球为远端物体，故导体b带上负电，开关s断开，导体所带负电荷无法与地球上的电荷中和，所以移走a后，导体b上仍然带负电，选项c正确课时作业一、单项选择题1下列说法中正确的是()a用丝绸摩擦玻璃棒可以创造正电荷，故玻璃棒带正电b用丝绸摩擦玻璃棒时，玻璃棒和丝绸带等量异种电荷c用丝绸摩擦玻璃棒可使玻璃棒和丝绸都带正电d不带电的物体不具有任何电荷解析：选b由电荷守恒定律可得，电荷不会产生也不能消灭，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，在转移的过程中，电荷的总量保持不变用丝绸摩擦玻璃棒带正电荷，是由于玻璃棒的电子转移到了丝绸上，从而使玻璃棒带了正电荷，丝绸带了负电荷，并不是玻璃棒创造了正电荷，所以b正确2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：选a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3下列叙述正确的是()a起电的实质是改变原来的物质结构，产生新电荷b元电荷是指带电量为1.61019 c的电子或质子c库仑测定了电子所带电量的值，为了纪念他，所以电量单位是库仑d在任何情况下，只要系统与外界没有电荷交换，电荷的代数和就不变解析：选d起电的实质是电荷的转移，但不改变原来的物质结构，选项a错误；元电荷是最小的电荷量，选项b错误；密立根最早通过油滴实验，比较准确的测定了电子的电量，选项c错误；在任何情况下，只要系统与外界没有电荷交换，电荷的代数和就不变，即电荷守恒，选项d正确4如图所示，当将带正电荷的球c移近不带电的枕形金属导体时，枕形导体上电荷的移动情况是()a枕形金属导体中的正电荷向b端移动，负电荷不移动b枕形金属导体中的负电荷向a端移动，正电荷不移动c枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向b端和a端移动d枕形金属导体中的正、负电荷同时分别向a端和b端移动解析：选b金属导体中能够移动的自由电荷是电子，自由电子的移动导致a、b端带不同的电荷，b正确，a、c、d错误5.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a、b都不带电，如图所示，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排斥开解析：选bb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有吸引力，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6如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是()a摩擦起电 b感应起电c接触起电 d以上三种方式都不是解析：选b导电平板靠近带电的绝缘板并接地时，导体与大地发生静电感应，使导电平板带上负电荷，故选项b正确二、多项选择题7如图所示，挂在绝缘细线下的小轻质通草球，由于电荷的相互作用而靠近或远离，所以()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解析：选bc若两物体相互排斥，必定带同种电荷；若两物体相互吸引，二者可能带异种电荷，也可能一个带电荷，另一个不带电荷当只有一个物体带电时，不带电物体由于受到带电物体电荷的作用，物体内部的异种电荷趋向于靠近带电物体，同种电荷趋于远离带电物体，这一过程类似于静电感应，因此两物体之间的吸引力大于排斥力，宏观上显示的是吸引力综合上述，b、c选项正确8.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解析：选abc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；笔套接触到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上，使圆环带上相同性质的电荷，选项d错误9如图所示，在真空中 ，把一个中性的绝缘导体m向带负电的球p慢慢靠近的过程中，下列说法中正确的是()am两端的感应电荷越来越多bm两端的感应电荷是同种电荷cm两端的感应电荷是异种电荷dm两端的感应电荷的电荷量相等解析：选acd绝缘导体向球p靠得越近，绝缘导体中的自由电子受到p的排斥力越大，两端的感应电荷越多，根据电荷守恒定律，导体两