2020学年高中物理 1.1 电荷及其守恒定律 学案（人教版选修3-1）

2020学年高中物理 1.1 电荷及其守恒定律 学案（人教版选修3-1）

1.1 电荷及其守恒定律 学案（人教版选修 3-1） 1．自然界中只存在两种电荷：______电荷和________电荷．电荷间的作用规律 是：同种电荷相互______，异种电荷相互________． 2．用毛皮摩擦橡胶棒时，橡胶棒带____________ 电荷，毛皮带__________电 荷．用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带______电荷，丝绸带______电荷． 3．原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，所以整个原子对外界表现 为________．金属中距离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属 中自由活动，这种电子叫做________________．失去这种电子的原子便成为带 ____电的离子．离子都在自己的平衡位置上振动而不移动，只有自由电子穿梭 其中．所以金属导电时只有________在移动． 4．把带电体移近不带电的导体，可以使导体靠近带电体的一端带________，远 离的一端带________这种现象 叫静电感应．利用静电感应使物体带电叫 ________起电．常见的起电方式还有________和________等． 5．电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体______到另一物体，或者从 物体的一部分____________到另一部分． 6．物体所带电荷的多少叫________________．在国际单位制中，它的单位是 ________，用________表示． 7．最小的电荷量叫________，用 e 表示，e＝________.所有带电体的电荷量都 等于 e 的____________．电子的电荷量与电子的质量之比叫做电子的________． 答案 1.正 负 排斥 吸引 2.负 正 正 负 3．电中性 自由电子 正 自由电子 4.异号电荷 同号电荷 感应 摩擦起 电 接触起电 5.转移 转移 6.电荷量 库仑 C 7.元电荷 1.6 ×10－19 C 整数倍 比荷 一、电荷 [问题情境] 在干燥的冬天，当你伸手接触金属门把的一刹那，突然听到“啪”的一声，手 麻了一下，弄得你虚惊一场，是谁在恶作剧？原来是电荷在作怪． 1．这些电荷是哪里来的？物质的微观结构是怎样的？摩擦起电的原因是什么？ 2．什么是自由电子，金属成为导体的原因是什么？ 3．除了摩擦起电，还有其它方法可以使物体带电吗？ 答案 1.来自原子内部 ; 物质由原子组成，而原子则由原子核(质子和中子) 和核外电子构成； 不同物质的原子核束缚电子的能力不同． 2．金属中距离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活 动，这种电子叫自由电子； 自由电子的自由活动是金属成为导体的原因． 3．感应起电和接触起电． [要点提炼] 1．摩擦起电的原因：在两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会从一个物 体转移到另一个物体，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带____电，失 去电子的物体则 带____电． 2．感应起电的原因：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间的相互吸引和排斥， 导体中的自由电子便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带____电 荷，远离的一端带____电荷． 3．常见的起电方式有摩擦起电、感应起电和接触起电．三种起电方式的实质都 是________ 的转移． 答案 1.负 正 2.异号 同号 3.电子 [问题延伸] 感应起电现象中实验物体必须是导体吗？ 答案 必须是导体，因为导体中有自由电子，可以自由移动． 二、电荷守恒定律 [问题情境] 现代生活中电无处不在，北京市一天的耗电量可达千万度，那么，电荷会不会 像煤和石油一样总有一天会被用完呢？ 1．电荷是摩擦的过程中创造出来的吗？ 2．在电荷转移的过程中其总量是否守恒？ 答案 1.电荷不是创造出来的，它是物体组成的一部分 2.守恒 [要点提炼] 1．电荷守恒定律的内容：电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体转移 到另一物体，或者从物体的一部分转移到另一部分． 2．“电荷的中和”是指电荷的种类和数量达到等量、异号，这时正、负电荷的 代数和为________，而不是正、负电荷一起消失了． 答案 2.零 [问题延伸] 怎样理解电荷守恒定律中“电荷的总量”？ 答案 “电荷的总量” 可理解为正、负电荷的代数和． 例 1 如图 1 所示，不带电的枕形导体的 A、B 两端各贴有一对金箔．当枕形导 体的 A 端靠近一带电导体 C 时( ) 图 1 A．A 端金箔张开，B 端金箔闭合 B．用手触摸枕形导体后，A 端金箔仍张开，B 端金箔闭合 C．用手触摸枕形导体后，将手和 C 都移走，两对金箔均张开 D．选项 A 中两对金箔分别带异种电荷，选项 C 中两对金箔带同种电荷 解析 根据静电感应现象，带正电的导体 C 放在枕形导体附近，在 A 端出现了 负电，在 B 端出现了正电，这样的带电并不是导体中有新的电荷，只是电荷的 重新分布．金箔上带电相斥而张开．选项 A 错误． 用手触摸枕形导体后，B 端不是最远端了，人是导体，人的脚部甚至地球是最远 端，这样 B 端不再有电荷，金箔闭合．选项 B 正确． 用手触摸导体时，只有 A 端带负电，将手和 C 移走后，不再有静电感应，A 端所 带负电便分布在枕形导体上，A、B 端均带有负电，两对金箔均张开．选项 C 正 确． 以上分析看出，选项 D 也正确． 答案 BCD 名师点拨 本节要求知道三种起电方法的特点，接触起电带同种电荷，摩擦起 电带等量的异种电荷，感应起电则是近异远同，注意用手触摸最远端是脚或地 球． 变式训练 1 如图 2 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不带电．试问： 图 2 (1)如何使 A、B 都带等量正电？ (2)如何使 A、B 都带等量负电？ (3)如何使 A 带负电 B 带等量的正电？ 答案 见解析 解析 (1)把 AB 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．(2)把 AB 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 端的负电荷不变，移去 C 以后再把 A 与 B 分开，则 A 和 B 就带等量负电荷．(3)把 AB 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，则 A 带负电 B 带等量的正电． 例 2 有两个完全相同的带电绝缘金属小球 A、B，分别带有电荷量 6.4×10－9 C 和－3.2×10－9 C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转 移了多少？ 解析 当两小球接触时，带电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新 分配．由于两小球相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电荷量 QA′＝QB′＝QA＋QB 2 ＝1.6×10－9 C 在接触过程中，电子由 B 球转移到 A 球，不仅将自身电荷中和，且继续转移， 使 B 球带 QB′的正电，这样，共转移的电子电荷量为 ΔQ＝－QB＋QB′＝3.2×10－9 C＋1.6×10－9 C＝4.8×10－9 C 转移的电子数 N＝ΔQ e ＝3.0×1010 个 答案 见解析 名师点拨 对于两个带电小球电荷量重新分配的问题，如果是两个完全相同的 小球，同性则总量平均分到一半，如异性则先中和，剩下的平均分配．如果未 讲明相同的小球，不一定平均分配． 变式训练 2 有三个相同的金属小球 A、B、C，其中小球 A 带有 2.0×10－5 C 的 正电荷，小球 B、C 不带电，现在让小球 C 先与球 A 接触后取走，再让小球 B 与 球 A 接触后分开，最后让小球 B 与小球 C 接触后分开，最终三球的带电荷量分 别为 qA＝________ C，qB＝________ C，qC＝________ C. 答案 0.5×10－5 0.75×10－5 0.75×10－5 【即学即练】 1．关于元电荷的理解，下列说法正确的是( ) A．元电荷就是电子 B．元电荷就是质子 C．元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量 D．元电荷就是自由电荷的简称 答案 C 解析 最小的电荷量叫元电荷，表示跟电子所带电荷量数值相等． 2．关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是( ) A．摩擦起电说明电荷可以被创造 B．摩擦起电是由于电荷从一个物体转移到另一个物体上 C．感应起电是由于电荷从带电物体转移到另一个物体上 D．感应起电是电荷在同一物体上的转移 答案 BD 解析 摩擦起电是电子在物体之间的转移，而感应起电则是物体内部电子的转 移． 3．如图 3 所示，将带正电的球 C 移近不带电的枕形金属导体时，枕形导体上电 荷的移动情况是( ) 图 3 A．枕形导体中的正电荷向 B 端移动，负电荷不移动 B．枕形导体中电子向 A 端移动，正电荷不移动 C．枕形导体中的正、负电荷同时分别向 B 端和 A 端移动 D．枕形导体中的正、负电荷同时分别向 A 端和 B 端移动 答案 B 解析 导体中自由电子可以自由移动，正电荷是原子核，不能移动． 4．带电微粒所带电荷量不可能是下列值中的( ) A．2.4×10－19 C B．－6.4×10－19 C C．－1.6×10－18 C D．4.0×10－17 C 答案 A 解析 带电体所带电荷量只能是元电荷 1.6 ×10－19 C 的整数倍.