高中物理新人教版第一章静电场第一节电荷及其守恒定律教师用教案

1电荷及其守恒定律(教师用书独具)●课标要求1．了解静电现象及其在生活和生产中的应用．2．用原子结构和电荷守恒的知识分析静电现象．●课标解读1．了解原子结构及自然界中两种电荷间的相互作用．2．了解起电的过程，认清起电的本质．3．理解电荷守恒定律及其应用．●教学地位本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它是物理的最基本知识，是以后学习的基础.(教师用书独具)●新课导入建议刚洗过头发后，干燥的头发越梳越乱，你知道这其中的原因吗？等量异种电荷中和时，这些被中和的电荷是不是消失了？通过本节课的学习，我们就能明白这些问题了．●教学流程设计课前预习安排：1.看教材⇒2.填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)⇒错误!⇓步骤7：完成“探究3”(重在讲解起电的实质)⇐步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)⇐步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇐步骤4：教师通过例题讲解加深对电荷守恒定律的理解⇓步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒错误!课标解读重点难点1.经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质．2.理解电荷守恒定律．3.知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化. 1.感应起电的过程及实质．(重点)2.电荷守恒定律及其应用．(重点)3.感应起电的原理．(难点)4.电荷守恒定律的理解．(难点)电荷及起电方法1.(1)物质的电结构①构成物质的原子包括两部分带电粒子：带正电的质子和不带电的中子构成原子核，核外有带负电的电子．②原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，对外界较远位置表现为电中性．③通常离原子核较远的电子受到原子核的束缚较弱，容易受到外界的作用而脱离原子，使物体带电．④金属导体中自由电子在金属中自由活动，失去电子的正离子在金属内部排列起来，都在自己的平衡位置上振动而不移动．(2)两种电荷自然界中只有两种电荷．用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷．用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷叫做负电荷．(3)起电方式①摩擦起电如图1－1－1所示：图1－1－1丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒失去电子而带正电，丝绸得到电子而带负电；毛皮摩擦硬橡胶棒，硬橡胶棒得到电子带负电，毛皮失去电子而带正电．②感应起电如图1－1－2示：图1－1－2带电体靠近导体A、B，由于电荷间的相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使A、B导体分别聚集负电荷和正电荷，先将A、B分开再移走带电体，则A、B导体分别带负、正电荷．③接触起电：如图1－1－3所示：图1－1－3使带电体与不带电的导体接触，由于电荷间的相互作用，电子从A转移到带电体上，分开后导体A带正电荷．2．思考判断(1)摩擦带电、接触起电这两种方式都能使绝缘体带电．(×)(2)静电感应现象是导体内部电荷的重新分布，显现出了电性．(√)(3)接触带电的实质是电荷的转移．(√)3．探究交流三种起电方式都能使绝缘体带电吗？说明理由．【提示】不能．摩擦带电可以使绝缘体带电．因为绝缘体中几乎没有自由移动的电荷，因而感应起电、接触起电只能使导体带电，而不能使绝缘体带电.电荷守恒定律1.(1)两种表述表述一：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．表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变．(2)起电本质微观带电粒子(如电子)在物体之间或物体内部转移，而不是创造出了电荷．2．思考判断(1)正、负电荷可以中和，故电荷守恒定律不正确．(×)(2)近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子可以产生和湮灭，但仍遵守电荷守恒定律．(√)(3)带负电的绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间，该小球的负电几乎为零，可见小球上的负电荷逐渐消失了．(×)3．探究交流自然界中一切有关电荷转移的现象是否都遵守电荷守恒定律？【提示】都遵守．正、负电子的湮灭，正、负电荷的中和以及三种起电方式都遵守电荷守恒定律，只是电荷的显现方式发生了改变.电荷量与元电荷1.(1)电荷量电荷的多少．其国际制单位是库仑，简称库，用C表示．(2)元电荷最小的电荷量，叫做元电荷．等于电子所带的电荷量，用e表示．e＝1.60×10－19 C.所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍．(3)电子的比荷电子的电荷量e与电子的质量m e之比．2．思考判断(1)科学实验发现的最小电荷量是库仑．(×)(2)元电荷就是质子或是电子．(×)(3)所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍．(√)3．探究交流元电荷和电子有没有区别？【提示】有区别，电子所带的电荷量等于元电荷e，但不能把电子称为元电荷.三种起电方式1．两个绝缘体发生摩擦为何会产生电荷？2．感应起电能否发生在绝缘体之间？感应起电的实质是什么？三种起电方式的比较方式内容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产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)自由电荷在带电体与导体之间发生转移实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移1．摩擦起电适用于绝缘体，感应起电和接触起电适用于导体．2．无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移．(多选)如图1－1－4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1－1－4A．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，然后移动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移去，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，其下部贴有的金属箔片因为接触带电，也分别带上了与A、B同种的电荷．由于同种电荷间存在斥力，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，因A、B已经绝缘，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在其相互之间库仑力作用下吸引中和，不再带电，所以金属箔片都不会张开，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，金属箔片都不会张开，D错．【答案】AB1．(多选)如图1－1－5所示，将带电棒移近甲、乙两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述几种方法中能使两球都带电的是()A．先把球分开，再移走棒B．先移走棒，再把两球分开C．先将棒接触一下其中的一个球，再把两球分开D．棒带的电荷量不变，两导体球不能带电图1－1－5【解析】当带电棒移近甲、乙两球时，甲、乙两球由于静电感应分别感应出与带电棒相反和相同的电荷．若移走棒前先把两球分开，则甲、乙所带电荷无法中和而带上等量异种电荷；若把球分开前，已移走棒，甲、乙两球感应出的电荷立即中和而不会带电，可判定选项A正确，选项B错误．若棒与其中一个球接触，则由于接触带电，甲、乙都会带上与带电棒相同性质的电荷，分开后仍带电，选项C正确．由选项A可知，棒的带电荷量即使不变，仍可在满足一定条件下，甲、乙感应出等量异号电荷而带电，选项D错误．【答案】AC对电荷守恒定律的理解1．静电感应的实质是什么？是不是创造了电荷？2．电荷均分规律适用于什么样的导体间？1．物体带电的实质：使物体带电不是创造了电荷，使物体不带电也不是消灭了电荷．物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配．摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律．2．“中性”与“中和”的理解(1)中性：物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性．(2)中和：两个带有等量异种电荷的带电体相遇达到电中性的过程．3．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定律，也涵盖了近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律．如：由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正、负电子可同时湮灭，转化为光子．在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和不变．4．接触带电现象中电荷量的分配导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关．完全相同的金属球接触时，电荷量平均分配；形状、大小不同的导体接触时电荷量不能平均分配．无论哪种情况，接触前后电荷总量不变．完全相同的两个金属小球接触后再分开，两球的带电荷量一定相同，且带电荷量为原来两球所带总电荷量的一半．若原来两球带同种电荷，电荷量相加后均分；若原来两球带有异种电荷，则电荷先中和再均分．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Q A＝6.4×10－9 C，Q B＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属小球接触，接触后A、B所带的电荷量各是多少？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Q A′＝Q B′＝(Q A＋Q B)/2＝6.4×10－9－3.2×10－92C＝1.6×10－9 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Q B′的正电，这样，共转移的电子电荷量为ΔQ＝－Q B＋Q B′＝3.2×10－9C＋1.6×10－9 C＝4.8×10－9 C.转移的电子数n＝ΔQe ＝4.8×10－9 C1.6×10－19 C＝3.0×1010(个)．【答案】均为1.6×10－9 C电子由B球转移到了A球，共转移了3.0×1010个．2．(多选)(2012·浙江高考)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1－1－6所示．对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是()图1－1－6A．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】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．【答案】ABC综合解题方略——对起电的实质的理解(多选)关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是()A．摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造出电荷B．摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体C．感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分D．感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体【规范解答】摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移，失电子的显示正电，得电子的显示负电，此过程并非创造了电荷，而是总电荷量守恒，A错，B对；感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，是电荷在同一导体内部发生了转移，C对，D错．【答案】BC1．摩擦起电的过程并不是创造了电荷，也不是改变了电荷．2．感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，而不是从外界获取．【备课资源】(教师用书独具)1．毛皮与橡胶棒摩擦后，毛皮带正电，这是因为()A．毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上B．毛皮上的一些正电荷转移到橡胶棒上C．橡胶棒上的一些电子转移到毛皮上D．橡胶棒上的一些正电荷转移到毛皮上【解析】摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电．由于毛皮的原子核束缚电子的本领比橡胶棒弱，在摩擦的过程中，毛皮上的一些电子转移到橡胶棒上，从而使失去电子的毛皮带正电，得到电子的橡胶棒带负电，故A正确．【答案】 A2．(多选)关于电荷量，以下说法正确的是()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．物体所带电荷量的最小值为1.6×10－19C【解析】元电荷是最小的电荷量，任何一个带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍，不可能为任意实数，故B、C、D正确．【答案】BCD3．为了测定水分子是极性分子还是非极性分子，可做如下实验：(1)在酸式滴定管中注入适量蒸馏水，打开活塞，让水慢慢如线状流下，把用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近水流，发现水流向靠近玻璃棒的方向偏转，这证明() A．水分子是非极性分子B．水分子是极性分子C．水分子是极性分子且带正电D．水分子是极性分子且带负电(2)如果将用毛皮摩擦过的塑料棒靠近水流，则()A．水流将向远离塑料棒的方向偏转B．水流将向靠近塑料棒的方向偏转C．水流先靠近再远离塑料棒D．水流不偏转【解析】由于丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，而水分子又是极性分子，故当玻璃棒靠近水流时，先使水分子显负电的一端靠近玻璃棒，显正电的一端远离玻璃棒．而水分子两极的电荷量相等，这就使带正电的玻璃棒对水分子显负电的一端的引力大于对水分子显正电的一端的斥力，因此水分子所受的合力指向玻璃棒，故水流向靠近玻璃棒的方向偏转．由于用毛皮摩擦过的塑料棒带负电，同理水流仍向靠近塑料棒的方向偏转，分析同上．【答案】(1)B(2)B4．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－13e，e为元电荷，下列判断正确的是()A．质子由一个u夸克和一个d夸克组成，中子由一个u夸克和两个d夸克组成B．质子由两个u夸克和一个d夸克组成，中子由一个u夸克和两个d夸克组成C．质子由一个u夸克和一个d夸克组成，中子由两个u夸克和两个d夸克组成D．质子由两个u夸克和一个d夸克组成，中子由两个u夸克和两个d夸克组成【解析】根据质子的带电量为e，所以质子是由两个u夸克和一个d夸克组成，2×23e－13e＝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－2×13e＝0.【答案】 B1．下列关于物体带电的说法，正确的是()A．静电感应不是创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另外一部分B．摩擦起电前，两物体都不带电，说明两物体内都没有电荷C．摩擦起电时，一个物体得到一些电子而带正电，另一物体失去一些电子而带负电D．一个带电体跟一个不带电物体接触，两物体可能带上异种电荷【解析】不管哪种起电方式，都不能创造电荷，带电的本质都是电荷从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分，在起电过程中，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电，电荷仍是守恒的，所以A对，C 错；两个相互摩擦的物体，摩擦前不带电，是因为每个物体内正、负电荷总数都相等，物体呈电中性，B错．接触起电时，两个物体带同种电荷，D错．【答案】 A2．(多选)把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是() A．带等量异种电荷B．带等量同种电荷C．带不等量异种电荷D．一个带电，另一个不带电【解析】若两球带等量异种电荷，则接触后完全中和，均不带电，A错误．若两球带等量同种电荷或带不等量异种电荷或一个带电、另一个不带电，则接触后再分开，两球由于带同种电荷而相互排斥，故B、C、D正确．【答案】BCD3．如图1－1－7所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则()图1－1－7A．验电器金箔张不开，因为球A没有和B接触B．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了正电C．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了负电D．验电器金箔张开，因为验电器下部箔片带上了正电【解析】因球带正电，靠近验电器B，根据同种电荷相斥、异种电荷相吸的原理，验电器金箔中的电子就会被金属球A中正电荷吸引到验电器的上端小球上，所以下端的验电箔片就会带上正电．因为同种电荷相互排斥，故箔片张开，所以D正确．【答案】 D4．(多选)(2013·青岛二中检测)下列关于元电荷的说法中正确的是()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e＝1.60×10－19 CD．电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的【解析】实验得出，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，电荷量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测得的．由以上可知正确选项为B、C、D.【答案】BCD。