高中物理 第1章 1 电荷 电荷守恒定律教案 教科版选修3-1-教科版高二选修3-1物理教案

1 电荷电荷守恒定律[学习目标] 1.知道两种电荷及其相互作用规律． 2.理解摩擦起电、感应起电、接触起电的实质．(难点) 3.理解电荷守恒定律，并能解答相关问题．(重点) 4.掌握电荷量的概念及单位；掌握元电荷的概念．(重点)一、摩擦起电两种电荷1．两种电荷及作用(1)自然界只存在两种电荷：正电荷和负电荷．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷．(2)电荷间的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．2．原子结构及电性3．摩擦起电当两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会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．摩擦起电的实质是电子的转移．二、电荷守恒定律1．电荷量电荷的多少叫电荷量，国际单位是库仑，简称库．用字母C表示．常用单位：微库(μC)和纳库(nC).1 μC＝10－6 C，1 nC＝10－9 C.2．元电荷最小的电荷量叫作元电荷，用e表示．所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍．电荷量e的数值最早是由美国物理学家密立根通过实验测得的，e＝1.60×10－19 C．3．电荷守恒定律电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们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．也就是说，在任何自然过程中，电荷的代数和是守恒的．三、静电感应与感应起电1．静电感应当带电体靠近不带电的导体时，由于电荷的相互作用，使不带电的导体两端出现等量异种电荷的现象．2．感应起电利用静电感应使导体带电的方法．3．感应起电的适用条件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能感应起电．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程．( )(2)丝绸与任何物体摩擦后都带负电．( )(3)元电荷实质上是指电子和质子本身．( )(4)带正电导体C靠近枕形导体AB，导体AB内的负电荷向靠近C的一端移动，正电荷不动．( )[答案](1)√(2)×(3)×(4)√2．(多选)如图所示，梳过头发的梳子，常能吸引轻小物体，这属于摩擦起电．关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( )A．摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生电子和质子B．两种不同材料的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷C．摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的D．丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电BD[摩擦起电不会创造出电子和质子，也不能使质子在物体间移动，选项A、C错误；摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不同，因而电子在物体间转移，若一个物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电，若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电，产生摩擦起电的两物体所带电荷是“等量异种电荷”，选项B、D正确．]3．下列关于元电荷的说法正确的是( )A．元电荷实质上是指质子和电子本身B．一个带电体的电荷量为元电荷的303.5倍C．元电荷是最小的电荷量D．元电荷有正负之分C[元电荷是电荷量值，没有正、负电性的区别，宏观上所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，故C正确．]对三种起电方式的理解三种起电方式的比较摩擦起电感应起电接触起电现象两绝缘体带上等量异种电荷导体两端出现等量异种电荷导体带上与带电体相同的电荷原因不同物质对电子的束缚能力不同．束缚能力强的得电子，带负电；束缚能力弱的失电子，带正电导体中的电子在电荷间相互作用下发生转移，使靠近带电体一端所带的电荷电性与带电体相反；远离带电体一端与带电体所带电荷电性相同在电荷间相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上实质均为电子在物体之间或物体内部的转移【例1】(多选)如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触．把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔都张开( ) A．此时A带正电，B带负电B．此时A带负电，B带正电C．移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合D．先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合思路点拨：①根据静电感应规律可明确A、B两端所带电荷的电性．②根据电荷间的相互作用分析移走C后A、B所带电荷量，即可明确金箔能否闭合．BC[把一带正电荷的物体C置于A附近，由于静电感应靠近C的一端A带负电，远离C的一端B带正电，A错误，B正确；移去C，由于A、B接触，先前感应出的等量正、负电荷发生中和，A和B上不带电，所以贴在A、B下部的金属箔都闭合，C正确；先把A和B 分开，然后移去C，A带负电，B带正电，则贴在A、B下部的金属箔都张开，D错误．故选B、C.]若用导线把B端与大地相连，如图所示，其它条件不变，则我们观察的现象怎样？若连A端又观察到怎样的现象？[解析]若用导线把B端与大地相连，则A、B大地成为一个大导体，由静电感应，A 端出现负电荷，大地端感应出等量的正电荷，B端无电荷，故观察到A端金属箔张开，B端闭合；若用导线连接A端，和连接B端情况相同，都是A端对C而言是近端，大地是远端，观察到相同的现象．[答案]两种情况都观察到A端金属箔张开，B端闭合．感应起电的判断方法(1)当带电体靠近导体时，导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，如图甲所示．(2)导体接地时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端导体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷，如图乙、丙所示．(多选)如图所示，将带电棒移近两个不带电的导体球，甲、乙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．先把两球分开，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球，再把两球分开D．移走棒，两导体球不分开AC[感应起电应遵从以下几个步骤：(1)两导体彼此接触；(2)带电体移近两导体；(3)先分开两导体，再移走带电体．由此可知，A项可以使两球都带电；带电体与非带电体接触，电荷发生转移，使物体带电，C项可以使两球都带电，故选项A、C正确．]电荷守恒定律的理解及应用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；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，是一个过程．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．守恒的广泛性5．两个完全相同的导体球相互接触后的电荷分配规律(1)若只有一个导体球带电，则接触后电荷平分；(2)若两个导体球带同种电荷，则总电荷平分；(3)若两个导体球带异种电荷，则先中和，剩余电荷再平分．【例2】如图所示，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，C是带正电的小球，当其移近导体A后，分开A和B，之后移去C，最终A带上了－1×10－8C 的电荷，下列关于电荷转移情况正确的是( )A．从A到B转移了6.25×1010个正电荷B．从A到B转移了1.25×1011个正电荷C．从B到A转移了6.25×1010个电子D．从B到A转移了1.25×1011个电子思路点拨：C[由于A、B都是金属导体，可移动的电荷是自由电子，A带上负电荷的原因是电子由B移动到A，其中转移的电子数为n＝1×10－81.6×10－19＝6.25×1010(个)．这样B失去n个电子，带上1×10－8 C正电．A得到n个电子，带上1×10－8C负电．故只有C正确．] 训练角度1 电荷守恒定律1．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( )A B C DB[把带电金属球移近不带电的验电器，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，选项B正确．] 训练角度2 两个相同带电体的电荷量分配问题2．有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有2.0×10－5 C的正电荷，小球B、C不带电，现在让小球C先与球A接触后分开，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别为q A＝_______ C，q B＝_______ C，q C＝_______ C.[解析]让小球C与小球A接触后分开，则A、C会带上等量同种电荷，即A、C都带1.0×10－5C的正电荷，让小球B与小球A接触后分开，则A、B都带上等量的同种电荷，即A、B都带0.5×10－5 C的正电荷，让小球B和小球C接触后分开，因B、C都带正电，所以电荷量平均分配，即B、C都带0.75×10－5 C的正电荷．[答案]5×10－67.5×10－67.5×10－61.摩擦起电的原因及自然界中的两种电荷2.电荷守恒定律的理解及应用3.静电感应现象及感应起电的原因A．橡胶棒上的正电荷转移到毛皮上去了B．毛皮上的电子转移到橡胶棒上去了C．橡胶棒失去了电子D．毛皮得到了质子B[毛皮与橡胶棒摩擦后，橡胶棒带负电，这是因为毛皮上的电子转移到橡胶棒上去了，橡胶棒得到电子带负电，毛皮失去电子带正电，故选B.]2.如图所示，当将带正电的球C移近不带电的枕形绝缘金属导体AB时，枕形导体上的电荷移动情况是( )A．枕形金属导体上的正电荷向B端移动，负电荷不移动B．枕形金属导体中的带负电的电子向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B[金属导体中能够自由移动的是自由电子，正电荷几乎不能移动，当带正电荷的球C 移近不带电的枕形金属导体时，发生了静电感应现象，所以自由电子在外电场的作用下向A 移动，而正电荷不移动，故选项B正确，A、C、D错误．]3．吉尔伯特制作了第一只验电器，后来，英国人格雷改进了验电器，其结构如图所示．验电器原来带正电，如果用一根带大量负电的金属棒接触验电器的金属球，金属箔片的张角将( )A．先变小后变大B．变大C．变小D．先变大后变小A[带大量负电的金属棒接触验电器的金属球，验电器上的正电荷与负电荷先中和，验电器所带电荷量减少，金属箔片的张角减小，中和完后金属棒上多余的负电荷一部分转移到验电器上，金属箔片又张开，故A正确．]4．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之比为多大？[解析] 若两球带同种电荷，接触后电荷量平均分配；若两球带异种电荷，接触时先中和，剩余净电荷再平均分配．(1)若A 、B 带同种电荷，设为q ，第三个小球C 先与A 接触，电荷量平均分配，各带电荷量q 2；再与B 接触，两球接触后电荷量之和平均分配，各带电荷量34q ，因此A 、B 带电荷量之比q A q B ＝12q 34q ＝23. (2)若A 、B 两球带异种电荷，设A 为q ，B 为－q ，则第三个小球先和A 接触，电荷量平均分配，各带电荷量q 2；再与B 接触，B 上先有q 2的电荷中和，剩余的q 2净电荷再与第三个小球C 平均分配，各带电荷量14q ，所以A 、B 电荷量之比q A q B ＝12q 14q ＝21. [答案] (1)2∶3 (2)2∶1。