2018-2019學年高中物理 第一章 靜電場 第1節(jié) 電荷及其守恒定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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第一章 靜電場 第1節(jié) 電荷及其守恒定律,【學習目標】 1.知道兩種電荷,知道電荷間的相互作用.2.知道三種帶電的方法,明確其帶電的本質(zhì).3.知道靜電感應起電的原因.4.理解電荷守恒定律.5.掌握元電荷、電荷量、比荷的概念;嘗試運用靜電現(xiàn)象解決一些實際問題.,基礎知識,核心要點,學習效果,核心素養(yǎng),基礎知識 探究,教材探究,知識點一,電荷,【問題導學】,(1)用絲綢摩擦玻璃棒,玻璃棒帶何種電荷?用毛皮摩擦橡膠棒,橡膠棒帶何種電荷?使玻璃棒和橡膠棒帶電的原因是什么?,,答案:(1)玻璃棒帶正電,橡膠棒帶負電.用絲綢摩擦玻璃棒時,玻璃棒上的電子向絲綢上轉移,玻璃棒失去電子帶正電,絲綢得到電子帶負電;用毛皮摩擦橡膠棒時,毛皮上的電子向橡膠棒轉移,橡膠棒得到電子帶負電,毛皮失去電子帶正電.,(2)“當物體不帶電時,物體內(nèi)部就沒有電荷”這種說法對嗎?,,答案:(2)不對.當物體不帶電時,物體內(nèi)部也存在電荷,只不過正電荷數(shù)量與負電荷數(shù)量相等.,【知識梳理】 1.兩種電荷:自然界中只有 種電荷:正電荷和負電荷. (1)用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷叫做 電荷. (2)用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷叫做 電荷. 2.電荷間的作用: 電荷相互排斥, 電荷相互吸引. 3.物質(zhì)的電結構 (1)原子結構:原子,兩,正,同種,負,異種,正電,負電,(2)原子電性:原子核的正電荷數(shù)量與電子的負電荷數(shù)量 ,整個原子對外界較遠位置表現(xiàn)為 . (3)離子的電性:失去電子的原子為帶 的離子;得到電子的原子為帶 的離子.,一樣多,電中性,正電,負電,知識點二,三種起電方式,【問題導學】 (1)如圖所示,取一對用絕緣柱支撐的導體A和B,使它們彼此接觸.起初它們不帶電,貼在下部的金屬箔片是閉合的.,①把帶正電荷的物體C移近導體A,金屬箔片有什么變化? ②這時把A和B分開,然后移去C,金屬箔片又有什么變化? ③再讓A和B接觸,又會看到什么現(xiàn)象? (2)帶正電的物體A與不帶電的物體B接觸,使物體B帶上了什么電荷?在這個過程中電荷是如何轉移的?,,答案:(1)①C移近導體A,兩側金屬箔片都張開. ②金屬箔片仍張開,但張角變小. ③A,B接觸,金屬箔片都閉合. (2)正電荷,在這個過程中,有電子從物體B轉移到物體A,物體B所帶電子數(shù)減少,因此帶正電.,【知識梳理】 1.摩擦起電 兩個物體相互摩擦時,一些被原子核束縛得不緊的 從一個物體轉移到另一個物體,使得原來呈電中性的物體由于 電子而帶負電, . 電子的物體則帶正電的現(xiàn)象. 2.接觸起電 一個帶電物體接觸另一個導體,電荷會 到這個導體上,使這個導體也帶電. 3.感應起電 (1)自由電子:金屬中離原子核 的能脫離原子核的束縛而在金屬中 的電子.,電子,失去,得到,轉移,較遠,自由活動,(2)靜電感應:當一個帶電體靠近導體時,由于電荷間的相互排斥或吸引,導體中的自由電荷便會遠離或趨向帶電體,使導體靠近帶電體的一端帶 電荷,遠離帶電體的一端帶 電荷的現(xiàn)象. (3)感應起電:利用 使金屬導體帶電的過程.,異號,同號,靜電感應,知識點三,電荷守恒定律,【問題導學】 在摩擦起電過程中,一個物體帶上了正電荷,另一個物體帶上了負電荷,該過程是否創(chuàng)造了電荷?在一個封閉的系統(tǒng)中,電荷的總量會增多或減少嗎?,,答案:摩擦起電的過程并沒有創(chuàng)造電荷.一個封閉的系統(tǒng)中,電荷的總量保持不變.,【知識梳理】 1.起電本質(zhì) 微觀帶電粒子(如電子)在物體之間或物體內(nèi)部 ,而不是 出了電荷. 2.兩種表述 表述一:電荷既不會 ,也不會 ,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 保持不變. 表述二:一個與外界沒有 的系統(tǒng),電荷的 保持不變.,轉移,創(chuàng)造,創(chuàng)生,消滅,總量,電荷交換,代數(shù)和,知識點四,電荷量,【問題導學】 (1)物體所帶的電荷量可以是任意的嗎?物體所帶的電荷量可以是4 10-19 C嗎? (2)電子和質(zhì)子就是元電荷嗎?,,答案:(1)物體所帶的電荷量不是任意的,它只能是1.6010-19 C的整數(shù)倍.由于410-19 C是1.6010-19 C的2.5倍,所以物體所帶的電荷量不能是410-19 C. (2)元電荷是最小的電荷量,不是物質(zhì);電子和質(zhì)子是實實在在的粒子,不是元電荷.,【知識梳理】 1.電荷量:它表示電荷的 ,其單位是“ ”,簡稱“庫”,用C表示. 2.元電荷 (1) 的電荷量,叫做元電荷.等于 所帶的電荷量,用e表示. e= C.自然界中任何帶電體的電荷量都是元電荷的 倍. (2)元電荷e的數(shù)值最早是由美國物理學家 測得的,在我們的計算中,可取e= . 3.比荷:電荷的 與 的比,電子的比荷為電子的 . 與電子的 之比,即 .,多少,庫侖,最小,電子,1.6010-19,整數(shù),1.6010-19 C,電荷量,密立根,質(zhì)量,電荷量e,質(zhì)量me,思考判斷,1.通過摩擦帶電的兩個物體必然帶等量異種電荷.( ) 2.發(fā)生靜電感應現(xiàn)象時,導體靠近帶正電的物體的一端帶負電荷.( ) 3.近代物理實驗發(fā)現(xiàn),在一定條件下,帶電粒子可以產(chǎn)生和湮滅,故在一定條件下,電荷守恒定律不成立.( ) 4.元電荷實質(zhì)上是指電子和質(zhì)子本身.( ) 5.所有帶電體的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍.( ),√,√,,,√,核心要點 突破,要點一,三種起電方式的理解,1.三種起電方式對比,2.三種起電方式分析 (1)摩擦起電 如圖所示,絲綢摩擦玻璃棒,玻璃棒失去電子而帶正電,絲綢得到電子而帶負電;毛皮摩擦硬橡膠棒,硬橡膠棒得到電子帶負電,毛皮失去電子而帶正電.,(2)感應起電? 如圖所示,帶電體靠近導體A,B,由于電荷間的相互吸引或排斥,導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體,使A,B導體分別聚集負電荷和正電荷,先將A,B分開再移走帶電體,則A,B導體分別帶負、正電荷.,(3)接觸起電? 如圖所示,使帶電體(帶正電)與不帶電的導體接觸,由于電荷間的相互作用,電子從A轉移到帶電體上,分開后導體A帶正電荷.,?1)感應起電的兩大特點 ①近異遠同:用帶電體靠近不帶電的導體時,會在靠近帶電體的一端感應出與帶電體電性相反的電荷,遠離端感應出與帶電體電性相同的電荷. ②等量異性:用帶電體靠近不帶電的導體(或兩不帶電的相互接觸的導體)時,會在原不帶電的導體兩端(或兩不帶電的相互接觸的導體上)感應出等量異性的電荷. 2)起電并非創(chuàng)造了電荷,而是電荷的轉移. ?接觸起電中電荷量的分配 1)當兩個導體材料、形狀不同時,接觸后再分開,只能使兩者均帶電,但無法確定電荷量的多少.,,狀元心得,2)若使兩個完全相同的金屬球帶電荷量分別為Q1,Q2,則它們接觸后再分開 都帶有的 電荷量,式中電荷量Q1,Q2均包含它們的正負號.例如,,考查角度1:摩擦起電的理解 【例1】 (2018江蘇啟東中學測試)(多選)關于摩擦起電現(xiàn)象,下列說法正確的是( ) A.摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生電子和質(zhì)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(zhì)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(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電,,?思路探究? (1)摩擦起電的實質(zhì)是電子的轉移還是質(zhì)子轉移? (2)摩擦起電過程遵循電荷守恒定律嗎? 答案:(1)摩擦起電的實質(zhì)是自由電子的轉移. (2)摩擦起電過程遵循電荷守恒定律. 解析:摩擦起電實質(zhì)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,選項A,C錯誤;兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后,若一個物體失去電子,其質(zhì)子數(shù)就會比電子數(shù)多,我們說它帶正電;若一個物體得到電子,其質(zhì)子數(shù)就會比電子數(shù)少,我們說它帶負電,故B,D正確. 答案:BD,正確理解起電的實質(zhì) 使物體帶電的三種方式的實質(zhì)都是自由電子的轉移,而原子中的質(zhì)子不能自由移動,使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷.,,誤區(qū)警示,考查角度2:感應起電的理解 【例2】 (2018湖北武漢十一中月考)(多選)如圖所示,A,B為相互接觸的用絕緣支柱支持的金屬導體,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后,先把A,B分開,然后移去C,A,B上的金屬箔片仍張開 C.把C移近導體A后,先把C移去,再把A,B分開,A,B上的金屬箔片仍張開 D.把C移近導體A后,先把A,B分開,再把C移去,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,,?思路探究? (1)在移去C之前把A,B分開的目的是什么? (2)把C移走而沒有把A,B分開,則A,B原來感應出的電荷將會出現(xiàn)什么情況? (3)先把A,B分開,再把C移去,然后重新讓A,B接觸,則A,B原來感應出的電荷將會出現(xiàn)什么情況? 答案:(1)把C移近導體A時,A,B上就感應出等量異號電荷,在移去C之前把A,B分開,則A,B上就感應出等量異號電荷就分離了. (2)把C移走而沒有把A,B分開,則A,B原來感應出的電荷將會中和,A,B沒有電荷. (3)先把A,B分開,再把C移去,然后重新讓A,B接觸,則A,B原來感應出的電荷將會中和,A,B沒有電荷.,,解析:雖然A,B起初都不帶電,但帶正電的小球C對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,使得A端積累了負電荷,B端積累了正電荷,其下部貼有的金屬箔片因為接觸帶電,也分別帶上了與A,B同種的電荷.由于同種電荷間存在斥力,所以金屬箔片都張開,選項A正確;C只要一直在A,B附近,先把A,B分開,A,B上的電荷因受C的作用力不可能中和,因而A,B仍帶等量異種的感應電荷,此時即使再移走C,因A,B已經(jīng)絕緣,所帶電荷量不變,金屬箔片仍張開,選項B正確;但如果先移走C,A,B上的感應電荷會馬上在其相互之間庫侖力作用下吸引中和,不再帶電,所以金屬箔片都不會張開,選項C錯誤;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,金屬箔片都不會張開,選項D錯誤. 答案:AB,正確應用電荷中和 分析A,B中的電荷能否發(fā)生中和是解題的關鍵. 先分開A,B,再移去C,A,B的電荷不會中和;先移去C,再把A,B分開,A,B的電荷會發(fā)生中和.,,方法技巧,【針對訓練1】 (2018重慶八中測試)(多選)如圖所示,將用毛皮摩擦過的帶負電的橡膠棒,移近或接觸兩個不帶電的導體球,開始時兩導體球互相接觸且對地絕緣,下列說法正確的是( ) A.毛皮與橡膠棒摩擦時,橡膠棒上的正電荷轉移到毛皮 B.橡膠棒移近甲球,甲球帶正電,乙球帶負電,移走橡膠棒,兩球都不再帶電 C.橡膠棒移近甲球,甲球帶正電,乙球帶負電,分開兩球再移開橡膠棒,甲球帶正電,乙球帶負電 D.橡膠棒與甲球接觸一下移開,再分開兩球,甲球帶負電,乙球帶正電,BC,,解析:橡膠棒與毛皮摩擦時,毛皮上的電子轉移到橡膠棒上,而使橡膠棒帶負電,選項A錯誤;橡膠棒靠近甲球時,發(fā)生感應起電,甲球帶正電,乙球帶負電,移走棒后,兩球上的電荷中和,都不帶電,若先移開兩球再移走棒,兩球上的電荷不能中和,甲、乙兩球仍帶電,故選項B,C正確;橡膠棒與甲球接觸,是接觸起電,兩球都帶上負電荷,分開兩球,仍都帶負電,選項D錯誤.,要點二,電荷守恒定律的理解,1.物體帶電的實質(zhì):物體帶電不是創(chuàng)造了電荷,物體不帶電也不是消滅了電荷.物體帶電的實質(zhì)是電荷發(fā)生了轉移,也就是物體間或物體內(nèi)部電荷的重新分配.摩擦起電、感應起電和接觸起電,均符合電荷守恒定律. 2.“電荷的總量”含義:指正、負電荷的代數(shù)和. 3.電荷的中和?:指帶等量異號電荷的兩物體接觸時,經(jīng)過電子的轉移,物體達到電中性的過程. 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驗發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律.,?“中性”“中和”的理解 1)中性:物體內(nèi)有電荷存在,但正、負電荷的絕對值相等,對外不顯電性. 2)中和:兩個帶有等量異種電荷的帶電體相遇達到電中性的過程,在此過程中電荷仍然守恒.,,狀元心得,【例3】 (2018河北正定中學測試改編)完全相同的兩個金屬小球A,B帶有相等的電荷量,相隔一定的距離,現(xiàn)讓第三個完全相同的不帶電的金屬小球先后與A,B接觸后再移開. (1)若A,B兩球帶同種電荷,接觸后A,B兩球的帶電荷量之比為 . .,,?思維導圖?,,答案:(1)2∶3,(2)若A,B兩球帶異種電荷,接觸后A,B兩球的帶電荷量之比為 .,,?思維導圖?,答案:(2)2∶1,電荷量分配應用注意點 異種電荷的電荷量分配與同種電荷不同,如果應用q1′=q2′= 解答,要注意代入的值有“+”“-”號.,,誤區(qū)警示,【針對訓練2】 (2018天津市南開中學測試)(多選)原來甲、乙、丙三物體都不帶電,今使甲、乙兩物體相互摩擦后,乙物體再與丙物體接觸,最后,得知甲物體帶正電荷1.610-15 C,丙物體帶電荷量的大小為810-16 C.則對于最后乙、丙兩物體的帶電情況,下列說法中正確的是( ) A.乙物體一定帶有負電荷810-16 C B.乙物體可能帶有負電荷2.410-15 C C.丙物體一定帶有正電荷810-16 C D.丙物體一定帶有負電荷810-16 C,AD,,解析:由于甲、乙、丙原來都不帶電,甲、乙相互摩擦導致甲失去電子而帶1.610-15 C的正電荷,乙物體得到電子而帶1.610-15 C的負電荷;乙物體與不帶電的丙物體相接觸,從而使一部分負電荷轉移到丙物體上,故可知乙、丙兩物體都帶負電荷,由電荷守恒可知乙最終所帶負電荷1.610-15 C-810-16 C=810-16 C,選項A,D正確.,學習效果 檢測,1.(2018河北正定中學期中)(多選)以下判斷小球是否帶電的說法中正確的是( ) A.用一個帶電體靠近它,如果能夠吸引小球,則小球一定帶電 B.用一個帶電體靠近它,如果能夠排斥小球,則小球一定帶電 C.用驗電器的金屬球接觸它后,如果驗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,BD,,解析:用一個帶電體靠近它,如果能夠吸引小球,小球可能帶異種電荷,也可能不帶電,選項A錯誤;如果能夠排斥小球,則小球一定帶同種電荷,選項B正確;用驗電器的金屬球接觸它時,還需知道驗電器金屬球的帶電情況才能予以判斷,選項C錯誤;帶電小球能吸引輕小物體是帶電體的性質(zhì),選項D正確.,2.關于元電荷的理解,下列說法正確的是( ) A.元電荷就是電子 B.元電荷就是質(zhì)子 C.元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量 D.元電荷就是自由電荷的簡稱,C,,解析:點電荷是當兩個帶電體的形狀對它的相互作用力的影響可忽略時,這兩個帶電體可看做點電荷.而元電荷是帶電荷量的最小值,它不是電荷,所有帶電荷量均是元電荷的整數(shù)倍.,3.(2018山東濰坊一中期中)如圖所示,當帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導體AB時,枕形導體上的電荷移動情況是( ) A.枕形金屬導體上的正電荷向B端移動,負電荷不移動 B.枕形金屬導體上的電子向A端移動,正電荷不移動 C.枕形金屬導體上的正、負電荷同時分別向B端和A端移動 D.枕形金屬導體上的正、負電荷同時分別向A端和B端移動,B,,解析:由于同種電荷相斥,異種電荷相吸,故枕形導體上的自由電子向A端移動,而正電荷不移動,故選項B正確.,4.有A,B兩個物體經(jīng)摩擦后,使B帶上了2.410-6 C的正電荷,則此過程中有 個電子發(fā)生了轉移,是由 向 轉移的.,,答案:1.51013 B A,核心素養(yǎng) 提升,(教師備用),學長經(jīng)驗分享,【方法拓展】——感應起電的判斷方法 1.當帶電體靠近導體時,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,如圖(甲)所示.,2.導體接地時,該導體與地球可視為一個導體,而且該導體可視為近端導體,帶異種電荷,地球就成為遠端導體,帶同種電荷,如圖(乙)、(丙)所示.,【以例示法】 如圖所示,放在絕緣支架上帶正電的導體球A,靠近放在絕緣支架上不帶電的導體B,導體B用導線經(jīng)開關接地,現(xiàn)把S先合上再斷開,再移走A,則導體B( ) A.不帶電 B.帶正電 C.帶負電 D.不能確定,C,,解析:根據(jù)靜電感應現(xiàn)象和電荷間的相互作用,可判斷導體B帶負電,故選項C正確.,【重難拓展】——驗電器的原理和使用 1.帶電體接觸驗電器:當帶電的物體與驗電器上面的金屬球接觸時,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荷,因相互排斥而張開,物體所帶電荷量越多,電荷轉移的越多,斥力越大,張開的角度也越大. 2.帶電體靠近驗電器:當帶電體靠近驗電器的金屬球時,帶電體會使驗電器的金屬球感應出異種電荷,而金屬箔片上會感應出同種電荷(感應起電),兩箔片在斥力作用下張開.,,解析:把帶電金屬球移近不帶電的驗電器,若金屬球帶正電荷,則將導體上的自由電子吸引上來,這樣驗電器的上部將帶負電荷,箔片帶正電荷;若金屬球帶負電荷,則將導體上的自由電子被排斥到最遠端,這樣驗電器的上部將帶正電荷,箔片帶負電荷,故選項B正確.,【以例示法】 (2018廣西柳州鐵一中測試)使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器,驗電器的金屬箔片張開,如圖所示表示驗電器上感應電荷的分布情況,正確的是( ),B,【科學技術社會環(huán)境】,靜電植絨 如圖所示是靜電植絨的工作示意圖.,1是一塊接高壓直流電源(約40～50 kV)正極的金屬平板,2是一個接高壓直流電源負極的金屬網(wǎng)框,上面放著絨毛.當接通高壓電源以后,開動馬達使卷軸3和4轉動,布底通過1和2之間,絨毛受到向下的引力快速插入到紡織品中,涂有黏合劑地方植上了很多絨毛.,