教案物理选修31 第1章 1电荷 电荷守恒定律.docx
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教案物理选修31第1章1电荷电荷守恒定律
1.电荷 电荷守恒定律
学习目标
知识脉络
1.知道摩擦起电和两种电荷.
2.了解摩擦起电的原因.(难点)
3.理解电荷守恒定律,会分析静电现象.(重点)
4.知道电荷量的概念和单位.(重点)
摩擦起电、两种电荷
1.摩擦起电:
通过摩擦使物体带电的方法称为摩擦起电.
2.两种电荷:
自然界只存在两种电荷:
正电荷和负电荷.
(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷.
(2)用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫做负电荷.
3.电荷间的相互作用:
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.
4.电荷量:
电荷的多少.在国际单位制中,它的单位是库仑,符号C.通常正电荷的电荷量用正数表示,负电荷的电荷量用负数表示,常用的电荷量单位还有微库(μC)和纳库(nC).
1μC=10-6C,1nC=10-9C.
5.静电感应和感应起电
(1)静电感应:
当一个带电体靠近导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离带电体的一端带同号电荷的现象.
(2)感应起电:
利用静电感应使金属导体带电的方法.
1.感应起电只能使物体带上与带电体异号的电荷.(×)
2.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电.(√)
3.同种电荷相互吸引,异种电荷相互排斥.(×)
如图111所示,不带电导体A、B相互接触.
图111
(1)将带正电的小球C放于导体A附近,导体A、B上的金属箔会张开吗?
导体A、B上各带有什么电荷?
(2)将带正电的小球C拿走,导体A、B上的金属箔会发生什么现象?
【提示】
(1)会张开,A带负电荷,B带正电荷.
(2)将C拿走,金属箔闭合.
用梳子梳头时常看到梳子吸引头发的现象,有时梳子还能吸引纸屑等轻小物体.干燥的冬季脱外衣时常听到“叭叭”的声响且伴有火星,这些都是摩擦起电的结果.
图112
探讨1:
摩擦起电的电荷是从哪来的?
【提示】 不同的物质相互摩擦,得到电子的物体带负电,失去电子的物体带正电.
探讨2:
有哪些起电方式?
本质相同吗?
【提示】 摩擦起电,接触带电,感应起电.相同.
1.三种起电方式的比较
方式
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生
条件
两种不同的绝缘体摩擦时
导体靠近带电体时
导体与带电导体接触时
现象
两物体带上等量异种电荷
导体两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同”
导体带上与带电体相同电性的电荷
原因
不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子得失
导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)
同种电荷之间相互排斥
实质
均为电子的转移
2.摩擦起电适用于绝缘体,感应起电和接触带电适用于导体.
(多选)如图113所示,将带电棒移近两个不带电的导体球,甲、乙两个导体球开始时互相接触且对地绝缘.下述几种方法中能使两球都带电的是
( )【导学号:
96322000】
图113
A.先把两球分开,再移走棒
B.先移走棒,再把两球分开
C.先将棒接触一下其中的一球,再把两球分开
D.移走棒,两导体球不分开
【解析】 感应起电应遵从以下几个步骤:
(1)两导体彼此接触;
(2)带电体移近两导体;(3)先分开两导体,再移走带电体.由此可知,A项可以使两球都带电;带电体与非带电体接触,电荷发生转移,使物体带电,C项可以使两球都带电,故选项A、C正确.
【答案】 AC
[迁移1] 下列现象中不属于摩擦起电的是( )
【导学号:
96322001】
A.将被丝绸摩擦过的玻璃棒靠近纸屑,纸屑被吸起
B.在干燥的冬季脱毛绒衣时,会听到轻微的噼啪声
C.擦黑板时粉笔灰纷纷飞扬,四处飘落
D.穿着化纤类织物的裤子走路时,裤腿上常容易吸附灰尘
【解析】 摩擦起电后物体带静电,能吸引轻小物体,也能产生火花放电,故选项C不属于摩擦起电的现象.
【答案】 C
[迁移2] 把一个带正电的金属球A跟不带电的同样的金属球B相碰,两球都带等量的正电荷,这是因为( )【导学号:
96322002】
A.A球的正电荷移到B球上
B.B球的负电荷移到A球上
C.A球的负电荷移到B球上
D.B球的正电荷移到A球上
【解析】 金属球中能够自由移动的电荷是自由电子,则B球上的自由电子受A球上所带正电荷的吸引而转移到A球上,B球因缺少电子就带上了正电荷.
【答案】 B
感应起电的规律
(1)近异远同:
用带电体靠近不带电的导体时,会在靠近带电体的一端感应出与带电体电性相反的电荷,远离端感应出与带电体电性相同的电荷.
(2)等量异性:
用带电体靠近不带电的导体(或两不带电的相互接触的导体)时,会在原不带电的导体两端(或两不带电的相互接触的导体上)感应出等量异性的电荷.
摩擦起电的解释和电荷守恒定律
1.物质的微观结构
(1)原子结构:
原子
(2)原子电性:
原子核的正电荷的数量与核外电子负电荷的数量一样多,整个原子对外界较远的位置表现为电中性.
(3)离子的电性:
失去电子的原子为带正电的离子;得到电子的原子为带负电的离子.
2.摩擦起电的原因:
两个物体相互摩擦时,一些束缚得不紧的电子从一个物体转移到另一个物体,使得原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体则带正电.
3.电荷守恒定律
(1)内容:
电荷既不能被创造,也不能被消灭,它们只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分.
(2)理解:
在任何自然过程中,电荷的代数和是守恒的.
1.摩擦起电就是通过摩擦创造了电荷.(×)
2.近代物理实验发现,在一定条件下,带电粒子可以产生和湮灭,故在一定条件下,电荷守恒定律不成立.(×)
3.带负电的绝缘金属小球放在潮湿的空气中,经过一段时间,该小球的负电几乎为零,可见小球上的负电荷逐渐消失了.(×)
如图114所示的现象为感应起电过程,为什么一定要先使导体球瞬时接地再移走施感电荷,而不是先移走施感电荷再接地?
甲 乙 丙 丁
图114
【提示】 导体球瞬时接地时,导走负电荷,小球最终带正电;若先移走施感电荷,球上感应出来的正、负电荷相互吸引而中和,小球最终不带电.
探讨1:
甲、乙两同学各拿一带电小球做实验时不小心两小球接触了一下,结果两小球都没电了!
电荷到哪里去了呢?
是否违背了电荷守恒定律?
【提示】 两球上的异种电荷中和了,即正、负电荷代数和为0,对外不显电性,没有违背电荷守恒定律.
探讨2:
如图115所示的现象为感应起电,为什么发生感应起电的是导体而不是绝缘体?
图115
【提示】 感应起电的实质是在带电体电荷的作用下,物体上的自由电荷的转移,只有导体上的电子(或正、负离子)才能自由移动,而绝缘体上的电子不能自由地移动.所以,导体能发生感应起电,而绝缘体不能.
1.物体带电的实质
使物体带电不是创造了电荷,使物体不带电也不是消灭了电荷.物体带电的实质是电荷发生了转移,也就是物体间电荷的重新分配.摩擦起电、感应起电和接触起电,均符合电荷守恒定律.
2.“中性”与“中和”的理解
(1)中性:
物体内有电荷存在,但正、负电荷的绝对值相等,对外不显电性.
(2)中和:
两个带有等量异种电荷的带电体相遇达到电中性的过程.
3.接触起电现象中电荷量的分配
无论是带电的导体与不带电的导体接触,还是两个原来带同种电荷的导体接触,还是两个原来带异种电荷的导体接触,最终两导体都将带上同种电荷或都不带电,不可能带上异种电荷,并且接触前后电荷总量不变.
两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B,分别带有电荷量QA=6.4×10-9C,QB=-3.2×10-9C,让两绝缘金属小球接触,在接触过程中,电子如何转移?
转移了多少?
【解析】 两小球接触时,电荷量少的负电荷先被中和,剩余的正电荷再重新分配.即接触后两小球的电荷量为
QA′=QB′=
=
C=1.6×10-9C
在接触过程中,电子由B球转移到A球,自身的净电荷全部中和后,继续转移,直至其带QB′的正电,这样,共转移的电子电荷量为ΔQ=|QB|+QB′=3.2×10-9C+1.6×10-9C=4.8×10-9C,则转移的电子数
n=
=
=3.0×1010(个).
【答案】 电子由B转移到A 共转移3.0×1010个
[迁移3] M和N是两个都不带电的物体.它们互相摩擦后,M带正电荷1.60×10-16C,下列判断正确的有( )【导学号:
96322003】
A.在摩擦前M和N的内部没有任何电荷
B.摩擦过程中电子从N转移到M
C.N在摩擦后一定带负电荷1.60×10-16C
D.N在摩擦过程中失去1.60×10-16C个电子
【解析】 M和N相互摩擦,M带正电是因为M对核外电子的束缚能力小而失去核外电子的结果;由于电荷守恒,故N一定带等量负电荷,选项C正确.
【答案】 C
完全相同的导体球接触带电时电荷量的分配原则
形状、大小都相同的导体接触时会将电荷量平分.
(1)用带电量为Q的金属球与不带电的金属球接触,每个小球带电量均为Q/2,且所带电荷的性质相同;
(2)用带电量为Q1的金属球与带电量为Q2的金属球接触,若两球带同种电荷,则每个小球所带电量为总电荷量的一半.若两球带异种电荷,则先中和相同量的异号电荷,然后平分剩余电荷.
学业分层测评
(一)
(建议用时:
45分钟)
[学业达标]
1.电视机的玻璃光屏表面经常有许多灰尘,这主要是因为( )
【导学号:
96322076】
A.这是灰尘的自然堆积
B.玻璃有极强的吸附灰尘的能力
C.电视机工作时,屏表面温度较高而吸附灰尘
D.电视机工作时,屏表面有静电而吸附灰尘
【解析】 该现象是一种静电现象,即电视机在工作的时候,屏幕表面由于有静电而吸附轻小物体灰尘,即D选项正确.
【答案】 D
2.由不同材料构成的物体A和B,原本都不显电性,现将A和B互相摩擦之后,结果A带上了正电,则( )【导学号:
96322077】
A.电子由A转移到了B
B.电子由B转移到了A
C.A所带的电荷量大于B所带的电荷量
D.A所带的电荷量小于B所带的电荷量
【解析】 A和B互相摩擦后,A带正电,说明A失去了电子,即电子由A转移到了B上,选项A正确,B错误;根据电荷守恒定律,A和B所带电荷量相等,选项C、D错误.
【答案】 A
3.将不带电的导体A和带负电的导体B接触后,导体A中的质子数目( )
【导学号:
96322078】
A.增加 B.减少
C.不变D.先增加后减少
【解析】 在接触带电的过程中,发生转移的电荷是自由电子,质子并不发生移动,故C正确.
【答案】 C
4.如图116所示,原来不带电的金属导体MN,在其两端下面都悬挂有金属验电箔片,若使带负电的金属球A靠近导体的M端,可能看到的现象( )
图116
A.只有M端验电箔片张开,且M端带正电
B.只有N端验电箔片张开,且N端带负电
C.两端的验电箔片都张开,且左端带负电,右端带正电
D.两端的验电箔片都张开,且两端都带正电或负电
【解析】 根据同种电荷相互排斥可知,金属球A上的负电荷将排斥金属导体MN上的自由电子,使其向N端移动,N端带负电,而M端带正电,故两端的金属箔片均张开,C正确,A、B、D均错误.
【答案】 C
5.(多选)挂在绝缘细线下的两个轻质小球,表面镀有金属薄膜,由于电荷的相互作用而靠近或远离,分别如图117甲、乙所示,则( )
【导学号:
96322079】
甲 乙
图117
A.甲图中两球一定带异种电荷
B.乙图中两球一定带同种电荷
C.甲图中两球至少有一个带电
D.乙图中两球最多有一个带电
【解析】 题目中的小球都是镀有金属薄膜的轻质小球,带电物体具有吸引轻小物体的性质,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,所以可以判断出甲图的现象可以是两个带异种电荷的小球,也可以是一个小球带电而另一个小球不带电;两个小球由于相互排斥而出现乙图中的现象,则必须都带电且是同种电荷.
【答案】 BC
6.如图118是伏打起电盘示意图,其起电原理是( )【导学号:
96322080】
图118
A.摩擦起电
B.感应起电
C.接触起电
D.以上三种方式都不是
【解析】 导电平板靠近带电绝缘板并接地,导电平板与大地组成“大导体”,发生静电感应,使导电平板带上负电荷,选项B正确.
【答案】 B
7.使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的箔片会张开.下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况,正确的是( )【导学号:
96322081】
【解析】 把带电金属球移近不带电的验电器,根据静电感应现象的规律,若金属球带正电,则将验电器箔片上的自由电子吸引上来,这样验电器的上部将带负电,箔片带正电;若金属球带负电,则将验电器上部的自由电子排斥到远端的箔片上,这样验电器的上部将带正电,箔片带负电.选项B正确.
【答案】 B
8.如图119所示,A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体,其中C球带正电,A、B两个完全相同的枕形导体且不带电.试问:
图119
(1)如何使A带负电,B带等量的正电?
(2)如何使A、B都带等量正电?
(3)如何使A、B都带等量负电?
【解析】
(1)把A、B紧密靠拢,让C靠近A,则在A端感应出负电荷,B端感应出等量正电荷,马上把A与B分开后,则A带负电,B带等量的正电.
(2)把A、B紧密靠拢,让C靠近B,则在B端感应出负电荷,A端感应出等量正电荷,把A与B分开后再用手摸一下B,则B所带的负电荷就被中和,再把A与B接触一下,A和B就带等量正电荷.
(3)把A、B紧密靠拢,让C靠近B,则在B端感应出负电荷,A端感应出等量正电荷,再用手摸一下A或B,则A所带的正电荷就被中和,而B端仍带有负电,移去C以后再把A与B分开,则A和B就带等量负电荷.
【答案】 见解析
[能力提升]
9.(多选)有A、B、C三个完全相同的金属球,A带1.2×10-4C的正电荷,B、C不带电,现用相互接触的方法使它们都带电,则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据( )【导学号:
96322082】
A.4.0×10-5C,4.0×10-5C,4.0×10-5C
B.6.0×10-5C,4.0×10-5C,4.0×10-5C
C.6.0×10-5C,3.0×10-5C,3.0×10-5C
D.5.0×10-5C,5.0×10-5C,5.0×10-5C
【解析】 三个球同时接触后各带有4.0×10-5C的电量,A对;根据电荷守恒定律,接触前、后三球的总电量不变,B、D错误;将B球先与A球接触,再与C球接触,分开后A、B、C各带有6.0×10-5C、3.0×10-5C和3.0×10-5C的电量,C对.
【答案】 AC
10.如图1110所示,用起电机使金属球A带上正电荷,并靠近验电器B,则( )【导学号:
96322083】
图1110
A.验电器金箔不张开,因为球A没有和验电器B接触
B.验电器金箔张开,因为整个验电器都感应出了正电荷
C.验电器金箔张开,因为整个验电器都感应出了负电荷
D.验电器金箔张开,因为验电器的下部箔片感应出了正电荷
【解析】 相对于金属球来讲,金属箔片是距离带电体A较远的一端,根据静电感应规律可知,验电器的两金属箔片都带上了正电荷,而同种电荷相斥,所以金属箔片张开,即D正确.
【答案】 D
11.如图1111所示,把一个不带电的枕形导体靠近带正电的小球,由于静电感应,在a、b两端分别出现负、正电荷,则以下说法正确的是( )
【导学号:
96322084】
图1111
A.闭合开关S1,有电子从枕形导体流向大地
B.闭合开关S2,有电子从枕形导体流向大地
C.闭合开关S1,有电子从大地流向枕形导体
D.闭合开关S2,没有电子通过开关S2
【解析】 在S1、S2都闭合前,对枕形导体,它的电荷是守恒的.由于静电感应,a、b两端出现等量的负、正电荷.当闭合开关S1、S2中的任何一个以后,便把大地与枕形导体连通,使大地与枕形导体组成一个新的大导体,因此,导体本身的电荷不再守恒,而是导体与大地构成的系统电荷守恒,由于静电感应,a端仍为负电荷,大地为远端,感应出正电荷,因此无论是闭合开关S1还是闭合开关S2,都有电子从大地流向枕形导体,故选项C正确.
【答案】 C
12.半径相同的两个金属小球A、B带有相等的电荷量,相隔一定的距离,现让第三个半径相同的不带电的金属小球先后与A、B接触后再移开.
(1)若A、B带同种电荷,求接触后两球所带的电荷量之比;
(2)若A、B带异种电荷,求接触后两球所带的电荷量之比.
【解析】
(1)若A、B带同种电荷,设为q,第三个小球先与A接触,电荷量平均分配,各带电荷量
;第三个小球再与B接触,两球电荷量之和平均分配,各带
q.因此A、B带电荷量之比
=
.
(2)若A、B两球带异种电荷,设A为q,B为-q,则第三个小球先和A接触,电荷量平均分配,各带
;第三个小球再和B接触,先中和再平均分配,各带-
q.所以A、B电荷量之比
=
.
【答案】
(1)2∶3
(2)2∶1