2020-2021學年物理教科版選修3-1教案：1.1　電荷　電荷守恒定律 Word版含解析

1、第一章 靜電場1電荷電荷守恒定律1電荷(1)概念：自然界中共有兩種電荷，即正電荷和負電荷，其作用的基本特點是：同種電荷相互接近則互相排斥，異種電荷相互接近則互相吸引(2)使物體帶電的方法有三種：即摩擦起電、接觸起電、感應起電，其實質都是電子的轉移摩擦起電：當兩個物體互相摩擦時，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉移到另一個物體，于是原來電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶正電感應起電：當一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠離的一端帶同種電荷，這種現象叫靜電感應利用靜電感應使金屬導體帶電的過程叫

2、感應起電接觸起電：一個帶電物體如果接觸另一個導體，電荷會轉移到這個導體上，使這個導體也帶電，這種現象稱為接觸起電物理學中對正電荷和負電荷是怎樣規(guī)定的？提示：人們規(guī)定：用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電2電荷守恒定律電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分在轉移過程中，電荷的總量保持不變甲、乙兩同學各拿一帶電小球做實驗，不小心兩小球接觸了一下，結果兩小球都沒電了！電荷哪里去了呢？消失了？請你幫他們解釋一下原因提示：兩同學手中的小球發(fā)生了電荷的中和現象所謂電荷的中和現象是指帶有等量異種電荷的物體當發(fā)生接觸時，帶負電的那個物體

3、會將多余的電子傳給因缺少電子而帶正電的物體，使得兩個物體的原子都恢復電中性的過程其本質仍然是電荷從一個物體轉移到另一個物體，電荷沒有“消失”3元電荷(1)電荷量：它表示電荷的多少，其單位是庫侖，簡稱為庫，用c表示(2)元電荷：最小的電荷量叫做元電荷，用e表示，e1.601019 c.(3)比荷：即電荷量與質量的比電子的比荷為 c/kg1.761011 c/kg.知道了元電荷的概念之后，你認為物體的帶電荷量是任意的，還是某些特殊值？提示：只能是某些特殊值所有帶電體的電荷量或者等于e，或者是e的整數倍也就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量考點一三種起電方式1物體帶電的本質物質由中性的原子組成，原子

4、由原子核和核外電子組成，電子帶負電，原子核帶正電；由中性原子組成的物體，對外表現為不帶電狀態(tài)，物體呈電中性；呈電中性的物體失去電子帶正電，得到電子帶負電，物體帶電的實質是電子的得失在物體內部，原子核是相對固定的，內部的質子更不能脫離原子核而移動，而離核較遠的核外電子容易受到外界的作用而脫離原子，所以起電過程中轉移的都是核外的電子.2接觸起電過程中電子轉移的規(guī)律帶正電的物體與帶負電的物體接觸，電子由帶負電的物體轉移到帶正電的物體上帶正電的物體與不帶電的中性導體接觸，電子由中性導體轉移到帶正電的物體上帶負電的物體與不帶電的中性導體接觸，電子由帶負電的物體轉移到中性導體上3感應起電(1)感應起電的操

5、作步驟(2)感應起電判斷方法帶電體靠近導體時，靠近帶電體的近端帶異種電荷，遠離帶電體的遠端帶同種電荷凡遇到接地問題時，該導體與地球組成一個導體，則該導體為近端物體，帶異種電荷，地球為遠端，帶同種電荷4三種起電方式的比較(1)感應起電成功的關鍵在于先分開兩物體(或先斷開接地線)然后再移去帶電體.(2)感應起電只適用于導體，絕緣體因其無自由移動的電子而不會感應起電.(3)摩擦起電中對原子核外電子束縛能力差的物體失去電子而帶正電，對原子核外電子束縛能力強的物體得到電子而帶負電.5驗電器的工作原理(1)當帶電的物體與驗電器的金屬球接觸時，有一部分電荷轉移到驗電器上，與金屬球相連的兩個金屬箔片帶上同種電

6、荷，因相互排斥而張開物體帶電越多，轉移的電荷越多，兩金屬箔片的斥力越大，張開的角度也越大(2)當帶電體靠近但不接觸驗電器的金屬球時，金屬箔片也可張開因為帶電體會使近端金屬球上感應出異種電荷，而遠端箔片上會感應出同種電荷(感應起電)，在斥力作用下箔片張開【例1】(多選)如圖所示，a、b為相互接觸的用絕緣支架支持的金屬導體，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，下列說法正確的是()a把c移近導體a時，a、b上的金屬箔片都張開b把c移近導體a，先把a、b分開，然后移去c，a、b上的金屬箔片仍張開c先把c移走，再把a、b分開，a、b上的金屬箔片仍張開d先把a、b分開，再把c移走，

7、然后重新讓a、b接觸，a上的金屬箔片張開，而b上的金屬箔片閉合解答本題時應把握以下三點：(1)明確導體a、b接觸與c球靠近時感應電荷的分布(2)明確先分開導體a、b再移走c球時a、b的帶電情況(3)明確先移走c球再分開導體a、b時a、b的帶電情況【答案】ab【解析】c移近a時，帶正電的小球c對a、b內的電荷有力的作用，使a、b中的自由電子向左移動，使得a端積累了負電荷，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同種性質的電荷由于同種電荷間的斥力，所以金屬箔片都張開，a正確c移近a后保持不動，把a、b分開，a、b仍帶等量的異種感應電荷，再移走c，因a、b已經絕緣，所帶電荷量也不會變，

8、金屬箔片仍張開，b正確若先移走c，再把a、b分開，則在移走c后，a、b上的感應電荷會馬上在其相互之間的引力作用下吸引中和，不再帶電，所以箔片都不會張開，c錯先把a、b分開，再移走c，a、b仍然帶電，但重新讓a、b接觸后，a、b上的感應電荷完全中和，箔片都不會張開，d錯總結提能 感應起電的判斷方法(1)當一個帶電體靠近導體時，產生靜電感應現象，導體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠離帶電體的一端帶同種電荷(2)凡是遇到接地問題時，該導體與地球可視為一個導體，而且該導體可視為近端物體，帶異種電荷，地球就成為遠端導體，帶同種電荷(3)絕緣體不能被感應起電感應起電的實質是導體中的正負電荷在帶電體的作用下，

9、發(fā)生了分離只有導體中的電子才能自由移動，而絕緣體上的電子不能自由地移動，所以導體能夠發(fā)生感應起電，而絕緣體不能(多選)關于摩擦起電現象，下列說法正確的是(bd)a摩擦起電現象使本來沒有電子和質子的物體中產生電子和質子b兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后，同時帶上等量異種電荷c摩擦起電，可能是因為摩擦導致質子從一個物體轉移到了另一個物體而形成的d絲綢摩擦玻璃棒時，電子從玻璃棒上轉移到絲綢上，玻璃棒因質子數多于電子數而顯正電解析：摩擦起電的實質是由于兩個物體的原子核對核外電子的約束能力不相同，因而電子可以在物體間轉移若一個物體失去電子，其質子數比電子數多，我們說它帶正電；若一個物體得到電子，其質子數比

10、電子數少，我們說它帶負電使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷考點二對電荷守恒定律的理解1對“關鍵詞”的理解中性：電中性的物體是帶有電荷的，只是正負電荷代數和為0，對外不顯電性；中和：電荷的中和是指電荷的種類、數量滿足異號等量時，正負電荷代數和為0；總量：指電荷的代數和；轉移：不論哪一種起電過程都沒有創(chuàng)造電荷，也沒有消滅電荷，本質都是電荷發(fā)生了轉移，物體所帶電荷發(fā)生重新分配2守恒定律的意義電荷守恒定律同能量守恒定律一樣，是自然界中最基本的規(guī)律，任何電現象都遵守電荷守恒定律，涵蓋了包括近代物理實驗發(fā)現的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律如：一個高能光子可以產生一個正電子和一個負電子；一對正、負電子可同時湮沒，轉化為

11、光子；一個中子衰變成一個質子和一個電子在這種情況下，帶電粒子總是成對產生或湮沒，電荷的代數和不變因此電荷守恒定律也可以敘述為：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數和保持不變“中性”、“中和”一字之差，本質不同，中性側重的是結果，中和側重的是過程.【例2】半徑相同的兩金屬小球a、b帶有相同的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個半徑相同的不帶電金屬小球c先后與a、b接觸后移開(1)若a、b兩球帶同種電荷，接觸后兩球的電荷量之比為多大？(2)若a、b兩球帶異種電荷，接觸后兩球的電荷量之比為多大？解答本題時應把握以下三點：(1)兩球帶同種電荷時，接觸后兩球將總電荷量平分(2)兩球帶異種電荷時，接觸后

12、兩球先中和后將剩余電荷量再平分(3)c球接觸a后帶上了一定量的電荷，再與b接觸，電荷重新分配【答案】(1)23(2)21【解析】(1)a、b帶同種電荷，設電荷量為q，c與a接觸后，由于形狀相同，二者平分電荷量，a、c所帶的電荷量均為q.c與b接觸后平分二者電荷量，則b、c的電荷量均為(qq)q，a、b最終的電荷量之比為qq23.(2)a、b帶異種電荷，設電荷量分別為q、q，a、c接觸后，平分電荷量，a、c的電荷量均變?yōu)閝，c與b接觸后，平分二者的電荷量，c、b的電荷量均為(qq)q，則a、b最終的電荷量之比為q|q|21.總結提能 接觸起電的判斷方法兩個完全相同的導體球相互接觸后的電荷的分配規(guī)

13、律：(1)若為帶電導體球和不帶電導體球接觸，則電荷平分；(2)若兩個帶電導體球帶同種電荷，則總電荷平分；(3)若兩個帶電導體球帶異種電荷，則先中和再平分有兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球a、b，分別帶有電荷量qa6.4109 c，qb3.2109 c，讓兩絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉移并轉移了多少？答案：電子由b球轉移到a球，轉移了3.01010個解析：當兩個小球接觸時，帶電荷量少的負電荷先被中和，剩余的正電荷再重新分配由于兩小球相同，剩余正電荷必均分，即接觸后兩小球帶電荷量qaqb c1.6109 c在接觸過程中，電子由b球轉移到a球，不僅將自身電荷中和，且繼續(xù)轉移，使b球帶qb

14、的正電，這樣共轉移的電子電荷量為qbqbqb1.6109 c(3.2109) c4.8109 c轉移的電子數n3.01010個.1(多選)把兩個完全相同的金屬球a和b接觸一下，再分開一段距離，發(fā)現兩球之間互相排斥，則a、b兩球原來的帶電情況可能是(bcd)a帶等量異種電荷b帶等量同種電荷c帶不等量異種電荷d一個帶電，另一個不帶電解析：兩球接觸后所帶總電荷量等于原來各自電荷量的代數和，每個球所帶電荷量為總電荷量的一半因此只要兩球原來不帶等量異種電荷，則總電荷量不為零，分開后兩球就帶同種電荷，有相互作用的斥力2(多選)如圖所示，掛在絕緣細線下的輕質小球，由于電荷的相互作用而靠近或遠離，所以(bc)

15、a甲圖中兩球一定帶異種電荷b乙圖中兩球一定帶同種電荷c甲圖中兩球至少有一個帶電d乙圖中兩球至少有一個帶電解析：若兩球相互吸引，可能是兩球帶異種電荷，也可能只有一個小球帶電另一個小球不帶電，而兩球互相排斥，只有兩球帶同種電荷這一種情況3關于電荷量，下列說法錯誤的是(a)a物體帶的電荷量可以是任意值b物體帶的電荷量只能是某些值c物體帶電荷量的最小值為1.61019 cd一個物體帶1.6109 c的正電荷，這是它失去了1.01010個電子的緣故解析：任何帶電體所帶的電荷量均是元電荷的整數倍，元電荷是最小的電荷量，故a錯，b、c正確；每個電子所帶電荷量為1.601019 c，一個物體帶1.6109 c

16、的正電荷，說明該物體失去電子，失去電子的數量為1.01010個，故d正確4(多選)用與絲綢摩擦過的玻璃棒(帶正電)去吸引細碎的錫箔屑，發(fā)現錫箔屑被吸引到玻璃棒后又迅速向空中散開對于這一過程，下列分析正確的是(bd)a錫箔屑被吸引到玻璃棒上時會獲得電子而帶負電b錫箔屑被吸引到玻璃棒上時會失去電子而帶正電c迅速向空中散開主要是因為錫箔屑與玻璃棒碰撞導致d迅速向空中散開主要是因為錫箔屑與玻璃棒接觸后帶正電被排斥所致解析：摩擦起電時，對電子束縛能力強的物體獲得電子而帶負電，對電子束縛能力弱的物體失去電子而帶正電；異種電荷相互吸引，同種電荷相互排斥，帶電體能吸引不帶電的輕小物體；一個帶正電的物體能夠吸引另一個物體，則另一個物體帶負電或不帶電錫箔屑被吸引到玻璃棒上時