物理：1.1《電荷及其守恒定律》基礎(chǔ)知識(shí)講解課件(新人教版選修3-1)

1、 “靜電場(chǎng)”是電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，承前啟后， 也是歷年高考的重點(diǎn)之一.需要我們?cè)诶斫?基本概念的基礎(chǔ)上，掌握電荷守恒定律、 庫(kù)侖定律、場(chǎng)強(qiáng)疊加、勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng) 度與電勢(shì)差的關(guān)系、帶電粒子在電場(chǎng)中的 運(yùn)動(dòng)等有關(guān)規(guī)律.學(xué)會(huì)運(yùn)用電場(chǎng)線(xiàn)、等勢(shì)面 等幾何方法形象地描述電場(chǎng)的分布；熟練 將運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的規(guī)律應(yīng)用到電場(chǎng)中，分 析、解決帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題. 本章特點(diǎn)之一是概念多且抽象.靜電場(chǎng)的概念 及電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能等物理 量的理解都是比較抽象的，但是我們可以把 它們與重力場(chǎng)及重力加速度、高度、高度差、 重力勢(shì)能等進(jìn)行類(lèi)比，在類(lèi)比中加深對(duì)本章 知識(shí)的掌握. 本章特點(diǎn)之二是綜合性較強(qiáng).許多知

2、識(shí)是在力 學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)的，所以在學(xué)習(xí)電學(xué)知 識(shí)前要復(fù)習(xí)好必要的力學(xué)規(guī)律.在分析問(wèn)題的 過(guò)程中要經(jīng)常把力、電規(guī)律密切聯(lián)系，綜合 運(yùn)用.本章對(duì)能力的具體要求是概念準(zhǔn)確，不 亂套公式，懂得規(guī)律的成立條件及適用范圍， 從規(guī)律出發(fā)進(jìn)行邏輯推理，把相關(guān)知識(shí)融會(huì) 貫通，靈活處理物理問(wèn)題. 第一節(jié)電荷及其守恒定律第一節(jié)電荷及其守恒定律 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.經(jīng)歷摩擦起電和感應(yīng)起電的實(shí) 驗(yàn)過(guò)程，了解使物體帶電的方法，能從物 質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識(shí)物體帶電的本質(zhì). 2理解電荷守恒定律. 3知道什么是元電荷，知道電荷量的概念 及其單位，知道比荷的概念. 重點(diǎn)難點(diǎn)：起電的實(shí)質(zhì)與電荷守恒定律的理 解和應(yīng)用. 易錯(cuò)問(wèn)題：把質(zhì)

3、子、電子誤認(rèn)為元電荷. 一、電荷及起電方式 1物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)：原子由帶的原 子核和帶 的電子組成，電子繞原子核高速 旋轉(zhuǎn).原子核的正電荷的數(shù)量跟核外電子的負(fù) 電荷的數(shù)量，所以整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn) 位置表現(xiàn)為. 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 ，失去電子 的原子便成了帶正電的離子. 正電正電 負(fù)電負(fù)電 相等相等 電中性電中性 自由電子自由電子 2三種起電方式 (1)摩擦起電：用絲綢摩擦的玻璃棒帶 ，則 絲綢帶有 ，這是因?yàn)椴ＡО羯系牟糠?轉(zhuǎn)移到了絲綢上；用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒帶 ，毛皮帶，這是因?yàn)槊ど系?部分轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上. 正

4、電正電 負(fù)電負(fù)電 電子電子 負(fù)電負(fù)電 正電正電 電子電子 (2)感應(yīng)起電：把帶電體移近不帶電的導(dǎo)體， 可以使靠近帶電體的一端帶電荷， 遠(yuǎn)離的一端帶電荷，這種現(xiàn)象叫做， 利用靜電感應(yīng)使物體帶電的過(guò)程叫做 . (3)接觸起電：不帶電的物體與帶電的物體接 觸后會(huì)帶上電荷，這種使物體帶電的方式叫 做 ，兩個(gè)完全相同的物體接觸后，會(huì) 使電荷量 . 異號(hào)異號(hào) 同號(hào)同號(hào)靜電感應(yīng)靜電感應(yīng) 感應(yīng)起電感應(yīng)起電 接觸起電接觸起電 平分平分 感應(yīng)起電的方式能使絕緣體帶電嗎？ 【思考提示】不能.絕緣體中幾乎沒(méi)有自 由電荷. 二、電荷守恒定律 表述一：電荷既不會(huì)，也不會(huì)，只 能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到 ，或者從物 體的一部分轉(zhuǎn)移

5、到 .在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，電 荷的總量保持不變. 表述二：一個(gè)與外界沒(méi)有 交換的系統(tǒng)， 電荷的保持不變. 消滅消滅 創(chuàng)生創(chuàng)生 另一個(gè)物體另一個(gè)物體 另一部分另一部分 電荷電荷 代數(shù)和代數(shù)和 三、電荷量 1電荷量：電荷的多少.其國(guó)際單位是 ， 簡(jiǎn)稱(chēng)庫(kù)，用C表示. 2元電荷：最小的電荷量，即 所帶的電 荷量，用e表示，eC，最早由 美國(guó)物理學(xué)家測(cè)得. 3電子的比荷：電子的 與電子的 之比. 庫(kù)侖庫(kù)侖 1.610 19 密立根密立根 電荷量電荷量 質(zhì)量質(zhì)量 電子電子 一、三種起電方式的比較 摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電 產(chǎn) 生 條 件 兩不同絕 緣體摩擦 時(shí) 導(dǎo)體靠近帶電 體時(shí) 導(dǎo)體與帶 電導(dǎo)體接 觸時(shí) 現(xiàn)

6、象 兩物體帶 上等量異 種電荷 導(dǎo)體兩端出現(xiàn) 等量異種電荷， 且電性與原帶 電體“近異遠(yuǎn) 同” 導(dǎo)體上帶 上與帶電 體相同電 性的電荷 摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電 原 因 不同物質(zhì)的 原子核對(duì)核 外電子的束 縛力不同而 發(fā)生電子得 失 導(dǎo)體中的自 由電子受帶 正(負(fù))電物 體吸引(排斥) 而靠近(遠(yuǎn)離) 電荷之間的 相互排斥 實(shí) 質(zhì) 均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移 1.感應(yīng)起電成功的關(guān)鍵在于先分開(kāi)兩物體 (或先斷開(kāi)接地線(xiàn))然后再移去帶電體. 2兩個(gè)完全相同的帶電金屬球，接觸后再 分開(kāi)時(shí)各自的帶電量可用公式 計(jì)算. 二、電荷守恒定律的理解 1“中性”、“中和”的本質(zhì) 電中性的物體是有電荷存在的

7、，只是代數(shù)和 為0，對(duì)外不顯電性；電荷的中和是指電荷 的種類(lèi)、數(shù)量達(dá)到異號(hào)、等量時(shí)，正負(fù)電荷 代數(shù)和為0. 2“總量”含義：指電荷的代數(shù)和. 3起電過(guò)程中電荷變化 不論哪一種起電過(guò)程都沒(méi)有創(chuàng)造電荷，也沒(méi) 有消滅電荷.本質(zhì)都是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就 是說(shuō)物體所帶電荷的重新分配. 4守恒的廣泛性 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(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.

8、如圖111所示，掛在絕緣細(xì)線(xiàn)下的小輕 質(zhì)通草球，由于電荷的相互作用而靠近或 遠(yuǎn)離，所以 () 圖圖111 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(gè)帶電 D乙圖中兩球只有一個(gè)帶電 【解析】若兩物體相互排斥，必定帶同種 電荷；若兩物體相互吸引，二者可能帶異種 電荷，也可能一個(gè)帶電荷，另一個(gè)不帶電荷. 當(dāng)只有一個(gè)物體帶電時(shí)，不帶電物體由于受 到帶電物體電荷的作用，原子內(nèi)部的異種電 荷趨向于靠近帶電物體，同種電荷趨向于遠(yuǎn) 離帶電物體，這一過(guò)程類(lèi)似于靜電感應(yīng)，因 此兩物體之間的吸引力大于排斥力，宏觀上 顯示的是吸引力.綜上知，B、C選項(xiàng)正確. 【答案】BC 1絕緣細(xì)

9、線(xiàn)上端固定，下端 懸掛一輕質(zhì)小球a，a的表面 鍍有鋁膜，在a的近旁有一絕 緣金屬球b，開(kāi)始時(shí)a、b不帶 電，如圖112所示，現(xiàn)使 b球帶電，則() 圖圖112 Aa、b之間不發(fā)生相互作用 Bb將吸引a，吸在一起不分開(kāi) Cb立即把a(bǔ)排斥開(kāi) Db先吸引a，接觸后又把a(bǔ)排斥開(kāi) 解析：選D.b球帶電就能吸引輕質(zhì)小球a，接 觸后電荷量重新分配，那么a、b球帶同種電 荷，然后就要相互排斥.因此本題突出“近 旁”，以表達(dá)吸引并能接觸. 如圖113所示，將帶有 負(fù)電的絕緣棒移近兩個(gè)不帶 電的導(dǎo)體球，兩個(gè)導(dǎo)體球開(kāi) 始時(shí)互相接觸且對(duì)地絕緣， 下列方法中能使兩球都帶電 的是() 圖圖113 A先把兩球分開(kāi)，再移走棒

10、 B先移走棒，再把兩球分開(kāi) C使棒與甲球瞬時(shí)接觸，再移走棒 D先使乙球瞬時(shí)接地，再移走棒 【解析】由于靜電感應(yīng)，甲球感應(yīng)出正電 荷，乙球感應(yīng)出負(fù)電荷，把兩球分開(kāi)后，它 們帶上了等量異種電荷，所以A正確；若先 將棒移走，則兩球不會(huì)有靜電感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生， 所以不會(huì)帶上電荷，B錯(cuò)誤；使棒與甲球接 觸，則兩球會(huì)因接觸而帶上負(fù)電荷，所以C 正確；若使乙球瞬時(shí)接地，則乙球上感應(yīng)出 的負(fù)電荷因受斥力而被導(dǎo)走，再將棒移走， 由于甲、乙是接觸的，所以甲球上的電荷會(huì) 重新分布在甲、乙兩球上，結(jié)果是兩球都帶 上了正電荷，所以D正確. 【答案】ACD 【思維總結(jié)】對(duì)每一種起電方法要理解起 電過(guò)程，如感應(yīng)起電是由于外來(lái)電

11、荷(電場(chǎng)) 的作用使某導(dǎo)體內(nèi)電荷重新分布，接觸起電 是由于電荷間作用使兩導(dǎo)體間電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移. 2例題中，能使甲、乙兩球帶同種電荷的 是 () 解析：選CD.接觸起電使甲、乙兩球都帶負(fù) 電，所以C對(duì)，乙球瞬時(shí)接地，甲球帶正電， 乙球不帶電，再移走棒，甲、乙兩球均帶 正電，故D對(duì). 如圖114所示，有一帶正電的驗(yàn)電器， 當(dāng)一金屬球A靠近驗(yàn)電器的小球B(不接觸)時(shí)， 驗(yàn)電器的金箔張角減小，則 () 圖圖114 A金屬球可能不帶電 B金屬球可能帶負(fù)電 C金屬球可能帶正電 D金屬球一定帶負(fù)電 【思路點(diǎn)撥】靠近和接觸驗(yàn)電器金屬球都 可以判斷其是否帶電，前者發(fā)生的是靜電感 應(yīng)現(xiàn)象，后者是因?yàn)閹щ婓w所帶的電荷

12、可以 轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上. 【解析】驗(yàn)電器的金箔之所以張開(kāi)，是因 為它們都帶有正電荷，而同種電荷相互排斥， 張開(kāi)角度的大小決定于兩金箔帶電荷量的多 少.如果A球帶負(fù)電，靠近驗(yàn)電器的B球時(shí)， 異種電荷相互吸引，使金箔上的正電荷逐漸 “上移”，從而使兩金箔張角減小，選項(xiàng)B 正確，同時(shí)否定選項(xiàng)C.如果A球不帶電，在 靠近B球時(shí)，發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象使A球靠近B 球的端面出現(xiàn)負(fù)的感應(yīng)電荷，而背向B球的 端面出現(xiàn)正的感應(yīng)電荷. A球上負(fù)的感應(yīng)電荷與驗(yàn)電器上的正電荷發(fā) 生相互作用，由于負(fù)電荷離驗(yàn)電器較近而表 現(xiàn)為吸引作用，從而使金箔張角減小，選項(xiàng) A正確，同時(shí)否定選項(xiàng)D. 【答案】AB 【思維總結(jié)】驗(yàn)電器可以判斷

13、物體是否帶 電、帶電荷的種類(lèi)及電荷量的多少.當(dāng)帶電體 靠近驗(yàn)電器金屬球或接觸驗(yàn)電器金屬球時(shí)， 驗(yàn)電器的金屬箔都會(huì)張開(kāi)，但要注意區(qū)分帶 電體靠近驗(yàn)電器金屬球和接觸金屬球時(shí)，驗(yàn) 電器所帶電荷的不同. 3(2010年武漢市調(diào)研測(cè)試)如圖115所 示，用起電機(jī)使金屬球A帶上正電，靠近驗(yàn) 電器B，則() 圖圖115 A驗(yàn)電器金箔不張開(kāi)，因?yàn)榍駻沒(méi)有和B接 觸 B驗(yàn)電器金箔張開(kāi)，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都帶 上了正電 C驗(yàn)電器金箔張開(kāi)，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都帶 上了負(fù)電 D驗(yàn)電器金箔張開(kāi)，因?yàn)轵?yàn)電器下部箔片 都帶上了正電 解析：選D.A球帶正電，靠近驗(yàn)電器B時(shí)，發(fā) 生靜電感應(yīng)，驗(yàn)電器的金屬球帶負(fù)電，金屬 箔片帶正電而張開(kāi)

14、. 有A、B、C三個(gè)完全相同的金屬球，A帶 1.2104C的正電荷，B、C不帶電，現(xiàn)用相 互接觸的方法使它們都帶電，則A、B、C所帶 的電荷量可能是下面哪組數(shù)據(jù) () A6.0105C,4.0105C,4.0105C B6.0105C,4.0105C,2.0105C C4.5105C,4.5105C,3.0105C D5.0105C,5.0105C,2.0105C 【解析】三個(gè)球電荷量的總和大于原來(lái)A 球的電荷量，由電荷守恒定律排除A項(xiàng)；無(wú) 論什么時(shí)候，若三個(gè)球同時(shí)接觸，則每球各 分總電荷量的1/3，且之后無(wú)論怎樣接觸，各 球的電荷量都不會(huì)再發(fā)生變化.若三球電荷量 不相等，最后一次必為兩球接觸

15、，則必有兩 個(gè)球的電荷量相等.從而可排除B；選項(xiàng)C、D， 均滿(mǎn)足電荷守恒定律，設(shè)從第一次兩球接觸 開(kāi)始，如A、B接觸，A、B各帶電荷量 6.0105C， 第二次B、C接觸后各帶電荷量3.0105C， 三球所帶電荷量分別為6.0105C、3.010 5C、3.0105C；第三次用A、B接觸，各 分電荷量4.5105C，即選項(xiàng)C的分配結(jié)果， 由此又可推知，此后無(wú)論怎樣接觸，電荷量 也不會(huì)多于4.5105C，從而選C而否定D. 【答案】C 【思維總結(jié)】本題用電荷守恒定律排除和 遞推找出獲得所給電荷量分配的途徑，即可 最終得到結(jié)果. 4(2010年北京市東城區(qū)高三綜合練習(xí))原來(lái) 甲、乙、丙三物體都不帶

16、電，今使甲、乙兩 物體相互摩擦后，乙物體再與丙物體接觸， 最后，得知甲物體帶正電1.61015 C，丙 物體帶電81016 C則對(duì)于最后乙、丙兩 物體的帶電情況下列說(shuō)法中正確的是() A乙物體一定帶有負(fù)電荷81016 C B乙物體可能帶有負(fù)電荷2.41015 C C丙物體一定帶有正電荷81016 C D丙物體一定帶有負(fù)電荷81016 C 解析：選AD.由于甲、乙、丙原來(lái)都不帶電， 即都沒(méi)有凈電荷.甲、乙摩擦導(dǎo)致甲失去電子 1.61015 C而帶正電，乙物體得到電子而 帶1.61015 C的負(fù)電荷；乙物體與不帶電 的丙物體接觸，從而使一部分負(fù)電荷轉(zhuǎn)移到 丙物體上，故可知乙、丙兩物體都帶負(fù)電荷，

17、由電荷守恒可知乙最終所帶負(fù)電的多少為 1.61015 C81016 C81016 C， 故A、D正確. 1以下判斷小球是否帶電的說(shuō)法中正確的 是 () A用一個(gè)帶電體靠近它，如果能夠吸引小 球，則小球一定帶電 B用一個(gè)帶電體靠近它，如果能夠排斥小 球，則小球一定帶電 C用驗(yàn)電器的金屬球接觸它后，如果驗(yàn)電 器的金屬箔能改變角度，則小球一定帶電 D如果小球能吸引小紙屑，則小球一定帶 電 解析：選BD.用一個(gè)帶電體靠近它，如果能 夠吸引小球，小球可能帶異種電荷，也可能 不帶電；如果能夠排斥小球，則小球一定帶 同種電荷.用驗(yàn)電器的金屬球接觸它時(shí)，還需 知道驗(yàn)電器金屬球的帶電情況才能予以判斷. 帶電小球能吸引輕小物體是帶電體的性質(zhì). 2關(guān)于摩擦起電，下列說(shuō)法中正確的是 () A兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r一定會(huì)發(fā)生帶電現(xiàn) 象 B摩擦起電的兩個(gè)物體一定帶有等量同種 電荷 C在摩擦起電現(xiàn)象中負(fù)電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn) 移到另一個(gè)物體 D在摩擦起電現(xiàn)象中正、負(fù)電荷同時(shí)發(fā)生 轉(zhuǎn)移 解析：選C.在摩擦起電的過(guò)程中電子會(huì)從一 個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，失去電子的物體 帶正電，得到電子的物體帶負(fù)電. 3關(guān)于元電荷的理解，下列說(shuō)法中正確的 是 () A元電荷就是電子 B元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相 等