电荷及其守恒定律教案(教师版)

电荷及其守恒定律

重点：电荷守恒定律

难点：利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。

【教学过程】

引入新课：今天开始我们进入物理学另一个丰富多彩，更有趣的殿堂，电和磁的世界。高中的电学知识大致可分为电场的电路，本章将学习静电学，将从物质的微观的角度认识物体带电的本质，电荷相互作用的基本规律，以及与静止电荷相联系的静电场的基本性质。

教学步骤:

一、电荷：

生活中的电现象———摩擦起电——正负电荷——正负电荷的关系

化学里原子核实结构——原子核对电子的束缚能力导致得失电子——解释摩擦起电

二、静电感应

引入静电感应实验——将正负电荷类比为蜜蜂与花朵或者男女同学——介绍静电感应

科技馆里魔球头发竖起——提及接触起电

通过回忆静电感应实验中金属箔——验电器——静电计

三、电荷守恒定律

回忆能量守恒定律——电荷守恒定律——提及近代物理——说法2

四、元电荷

电荷的多少叫电荷量——单位等——元电荷——密立根——e=1.6x10-19C-—比荷

e/m=1.76x1011C/kg

五、拓展

完全相同的导体球接触时电荷量的分配原则——带电与不带电的接触——两个同种电荷接触——两个异种电荷接触

带电体为何能够吸引小物体——即使轻小的物体是绝缘体也会电介质极化，使轻小物体靠近带电体的一端显示出与带电体相异的电荷，远离带电体的一端显示出同种电号电荷——类似于磁铁与小磁针

【知识汇总】

一、电荷（复习初中知识）

1．两种电荷：正电荷和负电荷：把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用正数表示。把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷，用负数表示。

2.电荷及其相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。（例题1、2）

（例题3）

4.验电器及静电计：

（1）验电器通过同号电荷相互排斥来检验与验电器接触的物体是否带电，但不能判断物体带何种电荷

（2）当带电体靠近验电器导体棒的上端时，金属箔片张开，这属于静电感应，带电体接触金属球时箔片张开，这属于接触带电，两种状态下，金属箔片带电性质不变。

（3）如果将验电器的玻璃外壳换成金属外壳，金属箔片变成指针，这样的装置叫静电计，是测电压的仪器。

（例题4）

二、电荷守恒定律：

电荷既不能创造，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。

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。

注意：（1）两个物体间或物体两部分间转移的是电子

（2）起电过程的实质是物体中正负电荷的分离或电子的转移

（3）放置在空气中的带电小球电荷减少了，是小球与外界所组成的系统，电荷量保持不变，仍遵循电荷守恒定律。

三、几个基本概念

电荷量──电荷的多少叫做电荷量。符号：Q 或q 单位：库仑符号：C。（例题5）元电荷──电子所带的电荷量，用e表示，e =1．60×10-19C。

注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。电荷量是不能连续变化的物理量。最早由美国物理学家密立根测得

比荷──电荷的电荷量q与其质量m的比值q/m，符号：C/㎏。

静电感应和感应起电──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。

【考点】

①两种电荷及电荷的性质

例题1：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

答案：BC

解析：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，原子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．

例题2：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()

A．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物体摩擦，该物体的带电荷种类可能不同

答案：CD

解析：两物体摩擦时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物体摩擦，带电种类可能不同，D对．

②静电感应

例题3：如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支架支持的金属导体，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：(1)C移近A时，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，其下部的金属箔片也分别带上了与A、B同种性质的电荷．由于同种电荷间的斥力，所以金属箔片都张开，A 正确．

(2)C靠近后保持不动，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仍带等量的异种感应电荷，此时即使再移走C，因A、B已经绝缘，所带电荷量也不会变，金属箔片仍张开，B正确．

(3)先移走C，再把A、B分开，A、B上的感应电荷会马上在其相互之间的引力作用下吸引中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错．

(4)先把A、B分开，移走C，然后重新让A、B接触，A、B所带的异种电荷马上中和，箔片都不会张开，D错．

③验电器

例题4：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，根据静电感应现象的规律，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．B项正确．

④元电荷的性质

例题5：对于一个已经带电的物体，下列说法中正确的是()

A．物体上一定有多余的电子

B．物体上一定缺少电子

C．物体的带电量一定是e＝1.6×10－19C的整数倍

D．物体的带电量可以是任意的一个值

答案：C

解析：带电物体若带正电则物体上缺少电子，若带负电则物体上有多余的电子，A、B项错误；物体的带电量一定等于元电荷或者等于元电荷的整数倍，C项正确，D项错误．

【随堂练习】

基础夯实

1．如果天气干燥，晚上脱毛衣时，会听到“噼啪”的响声，还会看到电火花，这种现象产生的原因是()

A．人身体上产生电流B．接触带电造成的

C．摩擦起电造成的 D．感应起电造成的

答案：C

解析：由日常生活的经验和带电的三种方式可知，此现象产生的原因是摩擦起电，C 选项正确．

2.两个完全相同的金属球A和B，A带正电为3q，B不带电，将两球接触一下再分开，则B球所带电荷量变为()

A．－q B．q C．1.5q D．3q

答案：C

解析：因为两球完全相同，所以接触后电量平均分配，它们所带电荷量相等，均为q′

＝3q＋0

2＝1.5q，故只有C正确．

3．下列说法正确的是()

A．元电荷实质就是电子(或质子)本身

B．元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量

C．摩擦起电是通过摩擦创造出了等量的异种电荷的过程

D．不论是摩擦起电还是感应起电，都是电荷的转移

答案：BD

解析：元电荷是表示电子所带电荷量的数值，而不是电子本身，故A错，B对．由

电荷守恒定律，电荷不能创造，也不能消失，C错，D对．

4．如图把一个不带电的与外界绝缘的导体两端分别设计上两个电键，当带正电小球靠近时，由于静电感应，在a、b端分别出现负、正电荷则以下说法正确的是()

A．闭合K1，有电子从导体流向大地

B．闭合K2，有电子从导体流向大地

C．闭合K2，有电子从大地流向导体

D．闭合K1，没有电子通过

答案：C

解析：K1、K2闭合前，由于静电感应和电荷守恒定律，a、b出现等量异种电荷，当闭合任何一个电键以后，整个导体与大地连接都是电子从大地被吸引过来，故C正确．5．梳头发的时候，头发会不听指挥，顺着梳子飞起来，这时如果将梳子浸入水中片刻再梳，头发就服贴了．试解释这一现象．

答案：梳头发时由于摩擦起电，梳子和头发上产生异种电荷，又由于异种电荷相互吸引，使得头发顺着梳子飞了起来．梳子浸入水中后再梳，潮湿的梳子能将头发上的静电导走，也就不再出现上面的现象．

能力提升

1．如图所示，a 、b 、c 、d 为四个带电小球，两球之间的作用分别为a 吸d ，b 斥c ，c 斥a ，d 吸b ，则( )

A ．仅有两个小球带同种电荷

B ．仅有三个小球带同种电荷

C. c 、d 小球带同种电荷

D ．c 、d 小球带异种电荷

答案：BD

解析：本题考查电荷间的相互作用．由d 吸a ，d 吸b 知a 与b 带同种电荷，且与d 带异种电荷；由c 斥a ，c 斥d 可知c 与a 、b 带同种电荷，c 与d 带异种电荷，故选项A 、C 错，选项B 、D 对．

2．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成．u 夸

克带电量为23e ，d 夸克带电量为－13

e ，质子的带电量为e ，中子不带电．下列说法正确的是( )

A ．质子是由一个u 夸克和一个d 夸克组成，中子是由一个u 夸克和两个d 夸克组成

B ．质子是由两个u 夸克和一个d 夸克组成，中子是由一个u 夸克和两个d 夸克组成

C ．质子是由一个u 夸克和一个d 夸克组成，中子是由两个u 夸克和两个d 夸克组成

D ．质子是由两个u 夸克和一个d 夸克组成，中子是由两个u 夸克和两个d 夸克组成 答案：B

解析：解答本题时应明确质子带电量为一个元电荷电量，中子不带电，呈电中性．

根据质子的带电荷量为e ，所以质子是由两个u 夸克和一个d 夸克组成，2×23 e －13

e ＝e ；中子不显电性，所以中子是由一个u 夸克和两个d 夸克组成，23e －2×13

e ＝0，故选项B 正确．

3．把一个带电棒接近一个带正电的验电器，金

箔先闭合而后又张开，说明棒上带的是( )

A ．负电荷

B ．可以是正电荷，也可以是负电荷

C．正电荷

D．带电棒上先带正电荷，后带负电荷

答案：A

4．如图所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔．当枕形导体的A端靠近一带电导体C时()

A．A端金箔张开，B端金箔闭合

B．用手触摸枕形导体后，A端金箔仍张开，B端金箔闭合

C．用手触摸枕形导体后，将手和C都移走，两对金箔均张开

D．选项A中两对金箔分别带异种电荷，选项C中两对金箔带同种电荷

答案：BCD

5．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．

6．半径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，今让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后移开．①若A、B两球带同种电荷，

接触后的电荷量之比为________．②若A 、B 两球带异种电荷，接触后两球的带电荷量之比为：______.

答案：①2：3；②2：1

解析：设A 、B 带电量为Q ，①若A 、B 带同种电荷，第三个小球分别与其接触后，

A 、

B 球分别带电量Q A ＝12Q ，Q B ＝34

Q ，则Q A ：Q B ＝2：3 ②若A 、B 两球带异种电荷，第三个小球分别与其接触后，A 、B 分别带电量是：Q A ＝12Q Q B ＝14

Q 则Q A ：Q B ＝2：1 7. 如图所示，通过调节控制电子枪产生的电子束，使其每秒有104个电子到达收集电子的金属瓶，经过一段时间，金属瓶上带有－8×10－12C 的电荷量，求：

(1)金属瓶上收集到多少个电子？

(2)实验的时间为多长？

答案：(1)5×107个 (2)5000s

解析：(1)金属瓶上收集的电子数目为：

N ＝Q e ＝－8×10－

12C －1.6×10－19C ＝ 5×107(个) (2)实验的时间：t ＝5×107

1×104s －1

＝5000s