高二物理人教版選修3-1課件 第1章靜電場(chǎng) 第1節(jié)《電荷及其守恒定律》

歡迎進(jìn)入物理課堂 第一章靜電場(chǎng) 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)诶斫饣靖拍畹幕A(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 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)行類比 在類比中加深對(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 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)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 負(fù)電 相等 電中性 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羯系牟糠洲D(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ど系牟糠洲D(zhuǎn)移到了橡膠棒上 正電 負(fù)電 電子 負(fù)電 正電 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) 同號(hào) 靜電感應(yīng) 感應(yīng)起電 接觸起電 平分 感應(yīng)起電的方式能使絕緣體帶電嗎 思考 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 創(chuàng)生 另一個(gè)物體 另一部分 電荷 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 e C 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 1 6 10 19 密立根 電荷量 質(zhì)量 電子 一 三種起電方式的比較 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 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 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 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 如圖1 1 1所示 掛在絕緣細(xì)線下的小輕質(zhì)通草球 由于電荷的相互作用而靠近或遠(yuǎn)離 所以 圖1 1 1 例1 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)線上端固定 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1 1 2所示 現(xiàn)使b球帶電 則 圖1 1 2 A a b之間不發(fā)生相互作用B b將吸引a 吸在一起不分開(kāi)C b立即把a(bǔ)排斥開(kāi)D b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1 1 3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1 1 3 例2 A 先把兩球分開(kāi) 再移走棒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1 1 4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 例3 圖1 1 4 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?yàn)樗鼈兌紟в姓姾?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)電器可以判斷物體是否帶電 帶電荷的種類及電荷量的多少 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1 1 5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1 1 5 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) 有A B C三個(gè)完全相同的金屬球 A帶1 2 10 4C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) A 6 0 10 5C 4 0 10 5C 4 0 10 5CB 6 0 10 5C 4 0 10 5C 2 0 10 5CC 4 5 10 5C 4 5 10 5C 3 0 10 5CD 5 0 10 5C 5 0 10 5C 2 0 10 5C 例4 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 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 0 10 5C 第二次B C接觸后各帶電荷量3 0 10 5C 三球所帶電荷量分別為6 0 10 5C 3 0 10 5C 3 0 10 5C 第三次用A B接觸 各分電荷量4 5 10 5C 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 5 10 5C 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 6 10 15C 丙物體帶電8 10 16C 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8 10 16CB 乙物體可能帶有負(fù)電荷2 4 10 15CC 丙物體一定帶有正電荷8 10 16CD 丙物體一定帶有負(fù)電荷8 10 16C 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 6 10 15C而帶正電 乙物體得到電子而帶1 6 10 15C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 由電荷守恒可知乙最終所帶負(fù)電的多少為1 6 10 15C 8 10 16C 8 10 16C 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)值相等的電荷量C 元電荷就是質(zhì)子D 物體所帶的電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍答案 BD 4 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1 1 6中表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況 正確的是 圖1 1 6 解析 選B 帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器時(shí) 在驗(yàn)電器上感應(yīng)出電荷 驗(yàn)電器的頂端帶上了正電荷 金屬箔片帶上了負(fù)電荷 5 有兩個(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 試分析電子如何轉(zhuǎn)移并求出轉(zhuǎn)移了多少 答案 電子由B球轉(zhuǎn)移到A球轉(zhuǎn)移了3 0 1010個(gè)電子 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全