高一物理《電荷及其守恒定律》課件（人教版選修3-1）

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歡迎進入物理課堂 新課標(biāo)高中物理選修3 1 第一章靜電場 本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道自然界只有兩種電荷 2 知道事實表明電荷守恒 1 知道使物體帶電就是使物體中的正負(fù)電荷分離 1 知道一個電子或質(zhì)子的電荷量e叫做元電荷 3 掌握真空中的庫侖定律 1 知道點電荷的概念 2 知道庫侖定律的文字表述 3 會用庫侖定律求解和判斷點電荷間靜電力的大小和方向 初中的知識 1 初中學(xué)過自然界中有幾種電荷 它們間的相互作用如何 電荷的多少用什么表示 1 自然界只存在兩種電荷 同種電荷互相排斥 異種電荷互相吸引 電荷的多少用電荷量來表示 2 一般情況下物體不帶電 不帶電的物體內(nèi)是否存在電荷 如何使物體帶電 2 不帶電的物體內(nèi)存在電荷 且存在等量正 負(fù)電荷 在物體內(nèi)中和 對外不顯電性 用摩擦的方法可以使物體帶電 用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電 用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶負(fù)電 3 摩擦起電的實質(zhì)是什么 3 摩擦起電的實質(zhì)是 一個物體失去一些電子而帶正電 另一個物體得到這些電子而帶負(fù)電 演示 演示 一 電荷 自然界中有兩種電荷 富蘭克林命名 1 正電荷 絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷 2 負(fù)電荷 毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷 同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引 原子的構(gòu)成 原子 中性 原子核 核外電子 質(zhì)子 中子 正電 不帶電 原子核為什么穩(wěn)定 質(zhì)子和中子之間有強相互作用 核力 核外電子 離原子核較遠(yuǎn)的電子容易受到外界的作用而脫離原子 1 摩擦起電 演示 微觀解釋 電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上 得到電子 帶負(fù)電失去電子 帶正電 使物體帶電的方法 金屬導(dǎo)電機理 每個正離子都在自己的平衡位置附近振動而不移動 2 感應(yīng)起電 演示 1 靜電感應(yīng) 把電荷移近不帶電的導(dǎo)體 可以使導(dǎo)體帶電的現(xiàn)象 叫做靜電感應(yīng) 2 感應(yīng)起電 利用靜電感應(yīng)使物體帶電 叫做感應(yīng)起電 規(guī)律 近端感應(yīng)異種電荷 遠(yuǎn)端感應(yīng)同種電荷 使物體帶電的方法 3 靜電感應(yīng)微觀解釋 把帶正電的球移近金屬導(dǎo)體A和B時 導(dǎo)體上的自由電子被吸引過來 因此導(dǎo)體A和B帶上了等量的異種電荷 感應(yīng)起電沒有創(chuàng)造電荷 而是使物體中的正負(fù)電荷分開 將電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 3 接觸帶電 微觀解釋 電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 使物體帶電的方法 4驗電器1 swf 是否只有當(dāng)帶電體與導(dǎo)體棒的上端直接接觸時 金屬箔片才開始張開 解釋下面將要看到的現(xiàn)象 5驗電器2 swf 當(dāng)帶電導(dǎo)體棒靠近驗電器上端的金屬球時 由于靜電感應(yīng) 金屬球帶與導(dǎo)體棒相反的電荷 金屬箔帶與導(dǎo)體棒相同的電荷 1 起電的本質(zhì)無論是哪種起電方式 其本質(zhì)都是將正 負(fù)電荷分開 使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移 并不是創(chuàng)造電荷 二 電荷守恒定律 2 電荷守恒定律 物理學(xué)的基本定律之一 表述一 電荷既不能創(chuàng)造 也不能消滅 它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 在轉(zhuǎn)移的過程中 系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變 表述二 一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng) 電荷的代數(shù)和總是保持不變 三 元電荷 1 電荷量 電荷的多少 簡稱電量 單位 庫侖C 元電荷的數(shù)值最早是由美國科學(xué)家密立根用實驗測得到的 比較電荷帶電的多少 要比較的是其電荷量的絕對值 絕對值大的帶電多 盡管電荷量有正負(fù)值 正號一般省略 要知道這里的 號不表示電荷量的大小 只代表電荷的性質(zhì) 種類 一般 正電荷的電量用正值表示 負(fù)電荷的電量用負(fù)值表示 三庫侖定律 例題 例1 把兩個完全相同的小球接觸后分開 兩球相互排斥 則兩球原來的帶電情況可能是 A B C D 原來的其中一個帶電 兩個小球原來分別帶等量異種電荷 兩個小球原來分別帶同種電荷 兩個小球原來分別帶不等量異種電荷 ACD 例2 關(guān)于點電荷的概念 下列說法正確的是 A B C D 對于任何帶電球體 總可把它看作電荷全部集中在球心的點電荷 只有體積很小的帶電體才能看作點電荷 體積很大的帶電體一定不能看作點電荷 當(dāng)兩個帶電體的形狀對它們之間相互作用力的影響可忽略時 這兩個帶電體可看作點電荷 C 例題 例3 試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力 已知電子的質(zhì)量m1 9 1 10 31kg 質(zhì)子的質(zhì)量m2 1 67 10 27kg 電子和質(zhì)子的電荷量都是1 60 10 19C 解 電子和質(zhì)子的靜電引力F1和萬有引力F2分別是 F1 k Q1Q2 r2 F2 G m1m2 r2 F1 F2 kQ1Q2 Gm1m2 9 0 109 1 60 10 19 1 60 10 19 6 67 10 11 9 1 10 31 1 67 10 27 2 3 1039 從例題可以看出 電子和質(zhì)子的靜電力F1是它們間萬有引力F2的2 3 1039倍 正因如此 以后在研究帶電微粒間相互作用時 經(jīng)常忽略萬有引力 庫侖定律和萬有引力定律都遵從二次平方反比規(guī)律 人們至今還不能說明它們的這種相似性 物理學(xué)家還在繼續(xù)研究 希望同學(xué)們能學(xué)有所成 以后在這方面的研究有所突破 例題 例4 真空中有兩個點電荷 其中q1 5 10 3C q2 5 10 2C 它們相距15cm 現(xiàn)引入第三個點電荷 各自放在何處才能使三個點電荷都處于平衡狀態(tài) 分析 兩大夾小 兩同夾異 則第3個應(yīng)該帶負(fù)電q并且放在q1 q2連線上的q1外側(cè)與q1距離r q1平衡 kqq1 r2 kq1q2 l2q2平衡 kqq2 r l 2 kq1q2 l2兩式聯(lián)解r和q 下一例題 三帶電小球只在庫侖力作用下都平衡的條件 1 定性分析 A A 或C 平衡 B C一吸一斥 能夠性質(zhì)中間與兩端不同性質(zhì) B平衡 A C同吸或同斥 兩端同性質(zhì) 兩同夾異 A 或C 合力為零 B近則B電荷小 C遠(yuǎn)則C電荷多 電荷中間小兩端大 兩大夾小 2 定量分析 A平衡 KQAQB r12 KQAQC r1 r2 2 KQBQC r22C平衡消K后開方再倒數(shù)有 r1 QAQB 1 2 r1 r2 QAQC 1 2 r2 QBQC 1 2用比例式性質(zhì)得 r1 r2 QAQC 1 2 r1 r2 QAQB 1 2 QBQC 1 2 所以 QAQC 1 2 QAQB 1 2 QBQC 1 2 電荷滿足 QAQC 1 2 QAQB 1 2 QBQC 1 2 例題 1 使一個物體帶電的方式有三種 它們是 和 在這三種方式中 電荷既沒有被創(chuàng)造 也沒有被消滅 只是從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 或者從物體的一部分移到另一部分 而且電荷的總量不變 這個結(jié)論也被稱之為定律 2 將不帶電的導(dǎo)體A和帶有負(fù)電荷的導(dǎo)體B接觸后 在導(dǎo)體A中的質(zhì)子數(shù) A 增加B 減少C 不變D 先增加后減少3 在原子物理中 常用元電荷作為電量的單位 元電荷的電量為 一個電子的電量為 一個質(zhì)子的電量為 任何帶電粒子 所帶電量或者等于電子或質(zhì)子的電量 或者是它們電量的 最早測出元電荷的數(shù)值的是美國物理學(xué)家 這位科學(xué)家還測出了電子電量和質(zhì)量的比值 叫做電子的 4 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(xiàn)兩球之間相互排斥 則A B兩球原來的帶電情況可能是 A 帶有等量異種電荷B 帶有等量同種電荷C 帶有不等量異種電荷D 一個帶電 另一個不帶電 課堂練習(xí) C BCD 摩擦起電 感應(yīng)起電 接觸帶電 電荷守恒定律 1 6 10 19C 1 6 10 19C 1 6 10 19C 整數(shù)倍 密立根 比荷 例一 掛在絕緣細(xì)線下的兩輕質(zhì)通草球 由于電荷的相互作用靠近或遠(yuǎn)離 如圖所示 則 A甲圖中兩球一定帶異種電荷 B甲圖中至少有一個帶電 C乙圖中兩球一定帶同種電荷 D乙圖中兩球可能只有一個帶電 例二 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(xiàn)兩球之間相互排斥則A B兩球原來的帶電情況可能是 A 帶有等量異種電荷B 帶有不等量異種電荷C 帶有等量同種電荷D 一個帶電 另一個不帶電 例三 如圖所示 原來不帶電的絕緣金屬導(dǎo)體MN 在其兩端下面都懸掛著金屬驗電箔 若使帶負(fù)電的絕緣金屬球A靠近導(dǎo)體的M端 可能看到的現(xiàn)象是 A只有M端驗電箔張開B只有N端驗電箔張開C兩端的驗電箔都張開D兩端的驗電箔都不張開 例四 有兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球A B 分別帶有電量QA 6 4 10 9CQB 3 2 10 9C 讓兩絕緣金屬小球接觸 在接觸過程中 電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少 例五 有三個完全一樣的絕緣金屬球 A球帶的電量為q B C均不帶電 現(xiàn)要使B球帶的電量為3q 8 應(yīng)該怎么辦 例六 有A B C三個用絕緣柱支持的相同導(dǎo)體球 A帶正電 B和C不帶電 討論用什么辦法能使 1 B C都帶正電 2 B C帶等量的異種電荷 1 科學(xué)家在研究原子 原子核及基本粒子時 為了方便 常常用元電荷作為電量的單位 關(guān)于元電荷 下列論述正確的是 A 把質(zhì)子或電子叫元電荷 B 1 60 10 19C的電量叫元電荷 C 電子帶有最小的負(fù)電荷 其電量的絕對值叫元電荷 D 質(zhì)子帶有最小的正電荷 其電量的絕對值叫元電荷 B C D 課堂訓(xùn)練 2 有A B C三個塑料小球 A和B B和C C和A間都是相互吸引的 如果A帶正電 則 A B C球均帶負(fù)電B B球帶負(fù)電 C球帶正電C B C球中必有一個帶負(fù)電 而另一個不帶電D B C球都不帶電 C 課堂訓(xùn)練 3 如圖所示 A B是被絕緣支架分別架起的金屬球 并相隔一定距離 其中A帶正電 B不帶電 則以下說法中正確的是 A 導(dǎo)體B左端出現(xiàn)負(fù)電荷 右端出現(xiàn)正電荷 并且電荷量大小相等 B 若A不動 將B沿圖中aa 分開 則兩邊的電荷量大小可能不等 與如何分有關(guān) C 若A向B逐漸靠近 在B左端和右端的電荷量大小始終相等并且連續(xù)變化 D 若A B接觸一下 A B金屬體所帶總電荷量保持不變 AD 課堂訓(xùn)練 4 如圖所示 導(dǎo)體棒AB靠近帶正電的導(dǎo)體Q放置 用手接觸B端 移去手指再移去Q AB帶何種電荷 若手的接觸點改在A端 情況又如何 負(fù)電荷 負(fù)電荷 5 有A B C三個塑料小球 A和B B和C C和A間都是相互吸引的 如果A帶正電 則 A B C球均帶負(fù)電B B球帶負(fù)電 C球帶正電C B C球中必有一個帶負(fù)電 而另一個不帶電D B C球都不帶電6 用一根跟毛皮摩擦過的硬橡膠棒 靠近不帶電驗電器的金屬小球a 圖1 然后用手指瞬間接觸一下金屬桿c后拿開橡膠棒 這時驗電器小球A和金箔b的帶電情況是 A a帶正電 b帶負(fù)電B a帶負(fù)電 b帶正電C a b均帶正電D a b均帶負(fù)電E a b均不帶電 課堂練習(xí) C C 7 圖7中A B是兩個不帶電的相同的絕緣金屬球 它們靠近帶正電荷的金球C 在下列情況中 判斷A B兩球的帶電情況 1 A B接觸后分開 再移去C 則A B 2 A B接觸 先移去C后 再把AB分開 則A B 3 A B接觸 用手指瞬間接觸B后再移去C 則A B 8 某人做靜電感應(yīng)實驗 有下列步驟及結(jié)論 把不帶電的絕緣導(dǎo)體球甲移近帶負(fù)電的絕緣導(dǎo)體球乙 但甲 乙兩球不接觸 用手指摸甲球 手指移開 移開乙球 甲球帶正電 甲球不帶電 下列操作過程和所得結(jié)論正確的有 A B C D 課堂練習(xí) 正電 負(fù)電 不帶電 不帶電 負(fù)電 負(fù)電 BC 小結(jié) 1 自然界存在兩種電荷 1 正電荷 絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷 2 負(fù)電荷 毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷2 使物體帶電的方式 1 摩擦起電 電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 2 接觸起電 電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 3 感應(yīng)起電 電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分規(guī)律 近異遠(yuǎn)同3 電荷守恒定律 一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng) 電荷的代數(shù)和總是保持不變 小結(jié) 1 內(nèi)容 真空中兩個點電荷之間相互作用的電力 跟它們的電荷量的乘積成正比 跟它們的距離的二次方成反比 作用力的方向在它們的連線上 2 公式 3 適用條件 真空 點電荷 4 點電荷 是一種理想模型 當(dāng)帶電體的線度比起相互作用的距離小很多時 帶電體可視為點電荷 k 9 0 109N m2 C2 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全