【名師同步導(dǎo)學(xué)】2013-2014學(xué)年高中物理 第1章 第1節(jié) 電荷及其守恒定律課件 新人教版選修3-1.ppt

第一章化學(xué)反應(yīng)與能量 同步導(dǎo)學(xué)方案 課后強(qiáng)化演練 本章是高中階段電學(xué)內(nèi)容的開(kāi)始 在整個(gè)高中物理知識(shí)體系中具有承上 力學(xué) 啟下 電磁學(xué) 的重要位置 本章的核心內(nèi)容是電場(chǎng)的概念及描述電場(chǎng)特性的物理量 突出體現(xiàn)了電場(chǎng)的兩個(gè)基本性質(zhì) 一是電場(chǎng)的力的性質(zhì) 從電荷在電場(chǎng)中受力的角度研究 二是電場(chǎng)的能的性質(zhì) 從電場(chǎng)力做功使能量變化的角度研究 對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P1 教材從電荷在電場(chǎng)中受力入手 引入電場(chǎng)強(qiáng)度的概念 明確它是表示電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量 然后 通過(guò)將靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)和重力做功與路徑無(wú)關(guān)類比 得出電荷在電場(chǎng)中具有由位置決定的能量 電勢(shì)能 在此基礎(chǔ)上 同引入電場(chǎng)強(qiáng)度的方法相同 比值定義法 引入電場(chǎng)的另一種描述 即電勢(shì)的概念 這樣 通過(guò)幾個(gè)相關(guān)物理概念的討論 完成對(duì)靜電場(chǎng)性質(zhì)的初步認(rèn)識(shí) 本章知識(shí)在結(jié)構(gòu)上可以分為三個(gè)單元 1 3節(jié)為第一單元 主要學(xué)習(xí)電學(xué)中兩個(gè)最基本的定律 電荷守恒定律和庫(kù)侖定律 學(xué)習(xí)描述電場(chǎng)力的性質(zhì)的物理量 電場(chǎng)強(qiáng)度 4 6節(jié)為第二單元 學(xué)習(xí)描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量 電勢(shì) 電勢(shì)差 電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 7 8節(jié)為第三單元 主要學(xué)習(xí)電場(chǎng)知識(shí)的應(yīng)用 電容器 電容 帶電粒子在電場(chǎng)中的加速運(yùn)動(dòng)和偏轉(zhuǎn)所做的類平拋運(yùn)動(dòng) 還要了解靜電現(xiàn)象在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用 本章重點(diǎn) 電荷守恒定律 庫(kù)侖定律兩個(gè)基本定律及電場(chǎng)強(qiáng)度 電勢(shì)和電勢(shì)能 電容等基本概念的掌握 本章難點(diǎn) 電場(chǎng)的概念及其特性的描述 帶電粒子在電場(chǎng)中的綜合運(yùn)動(dòng)分析及應(yīng)用 本章內(nèi)容總體來(lái)說(shuō)比較抽象 概念 規(guī)律 方法多 學(xué)習(xí)時(shí)要注意以下幾點(diǎn) 1 要重視對(duì)基本概念 基本規(guī)律的理解理解概念是掌握概念的前提 對(duì)比較抽象的概念 要注意理解它們的內(nèi)涵和外延 要理解這些概念的相互關(guān)系 并且要適時(shí)地與力學(xué)中學(xué)生熟悉的概念比較 通過(guò)做適量的練習(xí)題 可以很好地理解 掌握這些抽象概念 這是學(xué)好本章知識(shí)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵 即便是立意比較新穎 能力要求也比較高的試題也是以這些基本概念 基本規(guī)律為基礎(chǔ)的 對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)P1 2 要重視科學(xué)研究方法的學(xué)習(xí)本章用到的科學(xué)研究方法比較多 研究方法主要有理想化模型法 比值定義法 類比法 合成分解法等 要在學(xué)習(xí)和做練習(xí)題時(shí)注意體會(huì)這些方法的具體運(yùn)用場(chǎng)合 本章內(nèi)容是力學(xué)知識(shí)的遷移 鞏固和拓展 力學(xué)中的基本規(guī)律和方法同樣適用于在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的粒子 如帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 可以與力學(xué)中的勻變速直線運(yùn)動(dòng) 平拋運(yùn)動(dòng)類比 加深對(duì)這些運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解 3 理清本章分析問(wèn)題的兩個(gè)角度 1 力的角度 側(cè)重于利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析處理問(wèn)題 2 能的角度 側(cè)重于利用功能關(guān)系 能量守恒分析處理問(wèn)題 第1節(jié)電荷及其守恒定律 1 兩種電荷 1 兩種電荷 自然界中只存在兩種電荷 正電荷 用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷 負(fù)電荷 用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒所帶的電荷稱為負(fù)電荷 2 相互作用 同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引 2 物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)原子由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成 電子繞原子核高速旋轉(zhuǎn) 原子核正電荷的數(shù)量跟核外電子負(fù)電荷的數(shù)量相等 所以整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn)位置表現(xiàn)為電中性 金屬原子中離原子核較遠(yuǎn)的電子 往往會(huì)脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動(dòng) 這種能自由活動(dòng)的電子叫做自由電子 失去電子的原子便成了帶正電的離子 3 物體帶電物體有了吸引輕小物體的性質(zhì) 我們就說(shuō)它帶了電 或有了電荷 當(dāng)物體內(nèi)的正電荷數(shù)量多于負(fù)電荷數(shù)量時(shí) 物體帶正電 反之 帶負(fù)電 正電荷數(shù)量與負(fù)電荷數(shù)量相等時(shí) 物體不帶電 有的同學(xué)誤認(rèn)為相互吸引的兩物體一定帶異種電荷 辨析 除了帶異種電荷的物體相互吸引之外 帶電體有吸引輕小物體的性質(zhì) 這里的 輕小物體 可以不帶電 1 摩擦起電 1 摩擦起電的過(guò)程由于兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r 一些束縛得不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 于是原來(lái)呈電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電 失去電子的物體則帶正電 如玻璃棒與絲綢摩擦?xí)r 玻璃棒容易失去電子而帶正電 硬橡膠棒與毛皮摩擦?xí)r 硬橡膠棒容易得到電子而帶負(fù)電 2 摩擦起電的本質(zhì)摩擦起電時(shí) 電荷并沒(méi)有憑空產(chǎn)生 其本質(zhì)是發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移 所以兩個(gè)相互摩擦的物體一定是同時(shí)帶上性質(zhì)不同的電荷 且電荷量相等 2 感應(yīng)起電 1 靜電感應(yīng) 當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí) 由于電荷間相互吸引或排斥 導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體 使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷 遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號(hào)電荷的現(xiàn)象 2 感應(yīng)起電 利用靜電感應(yīng)使導(dǎo)體帶電的過(guò)程 3 感應(yīng)起電的操作步驟 如圖甲所示 使帶電體C 如帶正電 靠近相互接觸的兩導(dǎo)體A B 保持C不動(dòng) 用絕緣工具分開(kāi)A B 如圖乙所示 移走C 則A帶負(fù)電 B帶正電 若先移走C 再分開(kāi)A B 則A B原來(lái)在C的作用下感應(yīng)出的異種電荷會(huì)立即中和 A B分開(kāi)后不帶電 感應(yīng)起電的判斷方法 1 當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí) 產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象 導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷 遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷 2 凡是遇到接地問(wèn)題時(shí) 該導(dǎo)體與地球可視為一個(gè)導(dǎo)體 而且該導(dǎo)體可視為近端物體 帶異種電荷 地球就成為遠(yuǎn)端導(dǎo)體 帶同種電荷 3 接觸起電 1 定義 一個(gè)物體帶電時(shí) 電荷之間會(huì)相互排斥 如果接觸另一個(gè)導(dǎo)體 電荷會(huì)轉(zhuǎn)移到這個(gè)導(dǎo)體上 使這個(gè)導(dǎo)體也帶電 這種帶電方式稱為接觸起電 2 本質(zhì) 接觸起電的本質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移 接觸起電過(guò)程中電子轉(zhuǎn)移的規(guī)律 1 帶正電荷的物體與帶負(fù)電荷的物體接觸 電子由帶負(fù)電荷的物體轉(zhuǎn)移到帶正電荷的物體上 2 帶正電荷的物體與不帶電的中性物體接觸 電子由中性物體轉(zhuǎn)移到帶正電荷的物體上 3 帶負(fù)電荷的物體與不帶電的中性物體接觸 電子由帶負(fù)電荷的物體轉(zhuǎn)移到中性物體上 4 驗(yàn)電器的結(jié)構(gòu)和工作原理 1 當(dāng)帶電的物體與驗(yàn)電器的金屬球接觸時(shí) 有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上 與金屬球相連的兩個(gè)金屬箔片帶上同種電荷 因相互排斥而張開(kāi) 物體帶電越多 電荷轉(zhuǎn)移的越多 兩金屬箔片的斥力越大 張開(kāi)的角度也越大 2 當(dāng)帶電體靠近但不接觸驗(yàn)電器的金屬球時(shí) 金屬箔片也可張開(kāi) 因?yàn)閹щ婓w會(huì)使近端金屬球上感應(yīng)出異種電荷 而遠(yuǎn)端箔片上會(huì)感應(yīng)出同種電荷 感應(yīng)起電 在斥力作用下箔片張開(kāi) 5 三種起電方式的區(qū)別三種起電方式的本質(zhì)都是電荷的轉(zhuǎn)移 它們的主要區(qū)別是 1 接觸起電是用一個(gè)不帶電的物體去接觸另一個(gè)帶電的物體 使電荷從帶電物體轉(zhuǎn)移一部分到不帶電的物體上 帶電總量不變 2 摩擦起電是兩個(gè)不同的物體相互摩擦 其中一個(gè)物體失去電子而帶正電 另一個(gè)物體獲得電子而帶負(fù)電 帶電總量為零 代數(shù)和為零 3 感應(yīng)起電是將一個(gè)導(dǎo)體接近 但不接觸 另一個(gè)帶電體 使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶上與帶電體相異的電荷 而另一端帶上與帶電體相同的電荷 是導(dǎo)體中的自由電荷在帶電體電荷的作用下發(fā)生定向移動(dòng) 使電荷重新分布 驗(yàn)證物體是否帶電的兩種方法 1 將物體靠近輕小物體 例如紙片 頭發(fā) 若能吸引輕小物體則帶電 否則不帶電 2 將待檢驗(yàn)物體靠近或接觸驗(yàn)電器的金屬球 若金屬箔片張開(kāi)則帶電 否則不帶電 1 內(nèi)容電荷既不會(huì)創(chuàng)生 也不會(huì)消滅 它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 在轉(zhuǎn)移過(guò)程中 電荷的總量保持不變 這個(gè)結(jié)論叫做電荷守恒定律 2 電荷守恒定律的另一種表述一個(gè)與外界沒(méi)有電荷交換的系統(tǒng) 電荷的代數(shù)和保持不變 3 對(duì)電荷守恒定律的理解 1 電荷守恒定律和能量守恒定律一樣 也是自然界中最基本的守恒定律 2 兩種典型的摩擦起電現(xiàn)象 一是用絲綢摩擦玻璃棒 玻璃棒帶正電 二是用毛皮摩擦橡膠棒 橡膠棒帶負(fù)電 玻璃棒和橡膠棒上帶的電都不是憑空產(chǎn)生的 而是通過(guò)摩擦使物體之間發(fā)生了電子得失的現(xiàn)象 符合電荷守恒定律 可以推斷 與玻璃棒摩擦過(guò)的絲綢要帶負(fù)電 與橡膠棒摩擦過(guò)的毛皮要帶正電 3 帶等量異種電荷的兩金屬球相接觸 發(fā)生電荷中和 兩球都不再帶電 這個(gè)過(guò)程中兩球所帶電荷的總量并沒(méi)有變 為零 電荷也是守恒的 4 電荷守恒定律的廣泛性 任何電現(xiàn)象都不違背電荷守恒定律 涵蓋了包括近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律 如 由一個(gè)高能光子可以產(chǎn)生一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子 一對(duì)正 負(fù)電子可同時(shí)湮沒(méi) 轉(zhuǎn)化為光子 在這種情況下 帶電粒子總是成對(duì)產(chǎn)生或湮沒(méi) 電荷的代數(shù)和不變 有的同學(xué)誤認(rèn)為 中性 中和 的意義相同 辨析 電中性的物體是有正 負(fù)電荷存在的 只是正 負(fù)電荷量的代數(shù)和為零 對(duì)外不顯電性 電荷的中和是指等量異種電荷相互抵消而不帶電的過(guò)程 使得凈電荷減少或?yàn)榱?但正 負(fù)電荷本身依然存在 并不是正 負(fù)電荷的消失 1 電荷量 電荷的多少叫電荷量 簡(jiǎn)稱電量 其國(guó)際單位為庫(kù)侖 符號(hào)是C 2 元電荷 科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最小電荷量 就是電子所帶的電荷量 這個(gè)最小的電荷量叫元電荷 用e表示 這是電荷的最小單位 3 元電荷的數(shù)值 e 1 60 10 19C 元電荷的數(shù)值最早是由美國(guó)科學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的 物體帶的電荷量是不能連續(xù)變化的物理量 只能是元電荷的整數(shù)倍 有的同學(xué)誤認(rèn)為元電荷就是帶電荷量足夠小的帶電體 辨析 元電荷是一個(gè)抽象的概念 不是指某一個(gè)帶電體 它是指一個(gè)特定的電荷量 另外任何帶電體所帶電荷量都是1 6 10 19C的整數(shù)倍 2013 南京建康中學(xué)期中調(diào)研 絕緣細(xì)線上端固定 下端掛一輕質(zhì)小球a a的表面鍍有鋁膜 在a旁有一絕緣金屬球b 開(kāi)始時(shí) a b都不帶電 如圖所示 現(xiàn)使b帶電 則 A b將吸引a 吸住后不放開(kāi)B b先吸引a 接觸后又把a(bǔ)排斥開(kāi)C a b之間不發(fā)生相互作用D b立即把a(bǔ)排斥開(kāi) 解析 b球帶電后 使a產(chǎn)生靜電感應(yīng) 感應(yīng)的結(jié)果是a靠近b的一側(cè)出現(xiàn)與b異種的感應(yīng)電荷 遠(yuǎn)離b的一側(cè)出現(xiàn)與b同種的感應(yīng)電荷 雖然a上的感應(yīng)電荷等量異號(hào) 但因?yàn)楫惙N電荷離b更近 所以b對(duì)a的靜電力表現(xiàn)為引力 當(dāng)b吸引a使兩者接觸后 由于接觸帶電 b a便帶同種電荷 有斥力作用 因而又把a(bǔ)排斥開(kāi) 所以B正確 答案 B 方法總結(jié) 在處理帶電物體間發(fā)生相互作用時(shí) 需特別注意帶電物體具有吸引不帶電的輕小物體的特性 所以當(dāng)兩物體相互吸引時(shí) 其可能情況是一個(gè)帶電 另一個(gè)不帶電 也可能是兩物體帶異種電荷 當(dāng)物體接觸后 它們可能帶同種電荷產(chǎn)生斥力 不少同學(xué)注意到了第二種情況 漏掉了第一種情況 現(xiàn)有a b c d四個(gè)帶電小球 兩球之間的作用分別為 a吸d c斥a b斥c d吸b 則 A 僅有兩個(gè)小球帶同種電荷B 有三個(gè)小球帶同種電荷C c d小球帶同種電荷D c d小球帶異種電荷 解析 設(shè)a帶正電荷 根據(jù)電荷間相互作用規(guī)律 推得其余小球帶電情況如圖1所示 若設(shè)a帶負(fù)電荷 根據(jù)電荷間相互作用規(guī)律 推得其余小球帶電情況如圖2所示 答案 BD 如圖所示 A B為相互接觸的用絕緣支架支持的金屬導(dǎo)體 起初它們不帶電 在它們的下部貼有金屬箔片 C是帶正電的小球 下列說(shuō)法正確的是 A 把C移近導(dǎo)體A時(shí) A B上的金屬箔片都張開(kāi)B 把C移近導(dǎo)體A 先把A B分開(kāi) 然后移去C A B上的金屬箔片仍張開(kāi)C 先把C移走 再把A B分開(kāi) A B上的金屬箔片仍張開(kāi)D 先把A B分開(kāi) 再把C移走 然后重新讓A B接觸 A上的金屬箔片張開(kāi) 而B(niǎo)上的金屬箔片閉合 解析 1 C移近A時(shí) 帶正電的小球C對(duì)A B內(nèi)的電荷有力的作用 使A B中的自由電子向左移動(dòng) 使得A端積累了負(fù)電荷 B端積累了正電荷 其下部的金屬箔片也分別帶上了與A B同種性質(zhì)的電荷 由于同種電荷間的斥力 所以金屬箔片都張開(kāi) A正確 2 C靠近后保持不動(dòng) 把A B分開(kāi) A B上的電荷因受C的作用力不可能中和 因而A B仍帶等量的異種感應(yīng)電荷 此時(shí)即使再移走C 因A B已經(jīng)絕緣 所帶電荷量也不會(huì)變 金屬箔片仍張開(kāi) B正確 3 若先移走C 再把A B分開(kāi) 則在移走C后 A B上的感應(yīng)電荷會(huì)馬上在其相互之間的引力作用下吸引中和 不再帶電 所以箔片都不會(huì)張開(kāi) C錯(cuò) 4 先把A B分開(kāi) 再移走C A B仍然帶電 但重新讓A B接觸后 A B上的感應(yīng)電荷完全中和 箔片都不會(huì)張開(kāi) D錯(cuò) 答案 AB 方法總結(jié) 感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是與帶電體靠近的導(dǎo)體中的自由電子的轉(zhuǎn)移 分析時(shí)注意以下幾點(diǎn) 1 明確帶電體與感應(yīng)起電的導(dǎo)體 2 弄清楚導(dǎo)體靠近帶電體的一端和遠(yuǎn)離帶電體的另一端 近端感應(yīng)出異種電荷 遠(yuǎn)端感應(yīng)出同種電荷 3 注意拿走物體的順序 若保持帶電體不動(dòng) 先分開(kāi)導(dǎo)體的靠近端和遠(yuǎn)離端 再移走帶電體 則靠近端帶異種電荷 遠(yuǎn)離端帶同種電荷 若先移走帶電體 則導(dǎo)體上的電荷會(huì)立即中和 不再帶電 2013 華中師大附中質(zhì)檢 如圖所示是一個(gè)帶正電的驗(yàn)電器 當(dāng)一個(gè)金屬球A靠近驗(yàn)電器上的金屬小球B時(shí) 驗(yàn)電器中金屬箔片的張角減小 則 A 金屬球A可能不帶電B 金屬球A一定帶正電C 金屬球A可能帶負(fù)電D 金屬球A一定帶負(fù)電 解析 驗(yàn)電器上的金屬箔片和金屬球都帶有正電荷 金屬箔片之所以張開(kāi) 是由于箔片上的正電荷互相排斥造成的 當(dāng)驗(yàn)電器金屬箔片的張角減小時(shí) 說(shuō)明箔片上的正電荷一定比原來(lái)減少了 由于金屬球A只是靠近驗(yàn)電器而沒(méi)有與驗(yàn)電器上的金屬球B發(fā)生接觸 要考慮感應(yīng)起電的影響 當(dāng)金屬球A靠近時(shí) 驗(yàn)電器的金屬球B 金屬桿包括金屬箔片整體相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體 金屬球A距金屬球B較近 而距金屬箔片較遠(yuǎn) 如果金屬球A帶正電 驗(yàn)電器上的正電一定向遠(yuǎn)處移動(dòng) 則金屬箔片上的正電荷量不會(huì)減少 所以選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的 如果金屬球A帶負(fù)電 驗(yàn)電器上的負(fù)電荷會(huì)由于靜電力作用向金屬箔片移動(dòng) 造成金屬箔片上的正電荷量減少 所以選項(xiàng)C是正確的 如果金屬球A不帶電 由于受到金屬球B上正電荷的影響 金屬球A上靠近金屬球B的部分也會(huì)由于靜電力的作用出現(xiàn)負(fù)電荷 而這些負(fù)電荷反過(guò)來(lái)會(huì)使得驗(yàn)電器上的負(fù)電荷向金屬箔片移動(dòng) 效果與金屬球A帶負(fù)電荷一樣 所以選項(xiàng)A也是正確的 選項(xiàng)D是錯(cuò)誤的 答案 AC 兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A B 分別帶有電荷量QA 6 4 10 9C QB 3 2 10 9C 讓兩絕緣金屬小球接觸 在接觸過(guò)程中 電子如何轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)移了多少 方法總結(jié) 1 金屬導(dǎo)體內(nèi)能自由移動(dòng)的電荷是電子 所以兩個(gè)金屬導(dǎo)體接觸起電的實(shí)質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移 2 相同金屬球相互接觸時(shí)電荷量的分配規(guī)律將帶電荷量Q1與帶電荷量Q2的金屬球接觸后 小球的帶電量分配規(guī)律如下 1 2013 嘉興高二檢測(cè) 下列說(shuō)法正確的是 A 靜電感應(yīng)不是創(chuàng)造了電荷 而是電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分引起的B 一個(gè)帶電物體接觸另一個(gè)不帶電物體 兩個(gè)物體有可能帶上異種電荷C 摩擦起電是因?yàn)橥ㄟ^(guò)克服摩擦做功而使物體產(chǎn)生了電荷D 以上說(shuō)法都不對(duì) 解析 由電荷守恒定律可知只有A正確 答案 A 2 關(guān)于電荷量 下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 A 物體的帶電荷量可以是任意值B 物體的帶電荷量只能是某些值C 物體帶電荷量的最小值為1 6 10 19CD 一個(gè)物體帶1 6 10 9C的正電荷 這是它失去了1 0 1010個(gè)電子的緣故解析 物體帶電荷量的最小值為元電荷e 1 6 10 19C 物體帶電荷量只能是元電荷或元電荷的整數(shù)倍 即電荷量是不能連續(xù)變化的物理量 答案 A 3 使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器 驗(yàn)電器的箔片張開(kāi) 圖中表示