2019-2020學(xué)年高中物理 第1章 電場 第1節(jié) 認(rèn)識(shí)靜電學(xué)案 粵教版選修3-1

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1、第一節(jié)　認(rèn)識(shí)靜電 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道物體起電的三種方式．理解其微觀解釋．(重點(diǎn))　2.熟記電荷守恒定律．　3.記住元電荷的概念．　4.能用原子結(jié)構(gòu)和電荷守恒定律分析問題．(難點(diǎn)) 一、起電方法的實(shí)驗(yàn)探究 1．兩種電荷的性質(zhì)：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引． 2．物體帶電的三種方法：摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電． 二、電荷守恒定律 1．電荷量 (1)電荷量：物體所帶電荷的多少叫做電荷量． (2)電荷量的單位：庫侖，簡稱庫，符號(hào)C． (3)中和：等量的異種電荷完全抵消的現(xiàn)象． (4)元電荷：任何帶電體的電荷量都是e＝1.60×10－19C的整數(shù)倍．因此，電荷量e

2、被稱為元電荷． 2．電荷守恒定律 (1)內(nèi)容：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一個(gè)部分轉(zhuǎn)移到另一部分．在轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的代數(shù)和不變． (2)適用范圍：電荷守恒定律不僅在一切宏觀物理過程中成立，而且也是一切微觀物理過程所普遍遵守的規(guī)律． 1．正誤判斷 (1)不論是摩擦起電還是感應(yīng)起電，都是電荷的轉(zhuǎn)移． (√) (2)兩個(gè)互相摩擦的物體一定是同時(shí)帶上種類不同的電荷，且電荷量相等． (√) (3)帶等量異種電荷的兩個(gè)導(dǎo)體接觸后，電荷會(huì)消失，這種現(xiàn)象叫電荷的湮滅． (×) (4)任何帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍． (√) 2．公元1

3、世紀(jì)，東漢王充《論衡·亂龍》中記錄了“頓牟掇芥”．頓牟即琥珀(也有玳瑁的甲殼之說)，芥指芥菜子，統(tǒng)喻干草、紙等的微小屑末．這個(gè)詞的意思就是經(jīng)過摩擦的琥珀能吸引干草、紙等輕小的物體．下列關(guān)于這個(gè)現(xiàn)象的解釋正確的是(　　) A．經(jīng)過摩擦的琥珀有了磁性 B．經(jīng)過摩擦的琥珀帶了電 C．琥珀與干草帶異種電荷 D．琥珀與干草帶同種電荷 B　[摩擦可以使物體帶電，經(jīng)過摩擦的琥珀帶了電，能吸引干草、紙等輕小的物體，故B正確，A錯(cuò)誤．同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引．帶電體都有吸引輕小物體的性質(zhì)，干草不一定帶電．故C、D錯(cuò)誤．] 3．(多選)下列關(guān)于電荷量和元電荷的說法正確的是(　　) A．物體

4、所帶的電荷量可以是任意實(shí)數(shù) B．物體帶正電荷1.6×10－9 C，是因?yàn)槭チ?.0×1010個(gè)電子 C．物體帶電量的最小值是1.6×10－19 C D．以上說法都不正確 BC　[元電荷的數(shù)值為e＝1.6×10－19 C，任何帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍，所以物體帶的電荷量不能是連續(xù)的數(shù)值，更不能是任意的，所以B、C正確．] 對(duì)三種起電方式的理解 1.三種起電方式的比較 方式 內(nèi)容　　 摩擦起電 感應(yīng)起電 接觸起電 產(chǎn)生條件 兩不同絕緣體摩擦?xí)r 導(dǎo)體靠近帶電體時(shí) 導(dǎo)體與帶電體接觸時(shí) 現(xiàn)象 兩物體帶上等量異種電荷 導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷 導(dǎo)體帶上與

5、帶電體電性相同的電荷 微觀解釋 不同物質(zhì)的原子核對(duì)核外電子的約束力不同，摩擦?xí)r電子從一物體轉(zhuǎn)移到另一物體 導(dǎo)體中的自由電子受到帶電體對(duì)它的排斥(或者吸引)，而移向?qū)w的遠(yuǎn)端(或者近端) 電荷間的相互作用，使得自由電子在帶電體和導(dǎo)體上轉(zhuǎn)移，且重新分布 實(shí)質(zhì) 均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移 2.三種起電方式各自遵循的規(guī)律 (1)摩擦起電時(shí)電荷轉(zhuǎn)移的規(guī)律． ①摩擦起電時(shí)，原子核中的質(zhì)子不能脫離原子核而移動(dòng)，即相互摩擦的兩個(gè)物體中轉(zhuǎn)移的不可能是正電荷，轉(zhuǎn)移的只是負(fù)電荷，即電子． ②電中性的兩個(gè)絕緣體相互摩擦，帶正電的物體一定是失去了電子，帶負(fù)電的物體一定是獲得了電子． (2)

6、感應(yīng)起電的分布規(guī)律． ①近異遠(yuǎn)同：用帶電體靠近不帶電的導(dǎo)體時(shí)，會(huì)在靠近帶電體的一端感應(yīng)出與帶電體電性相反的電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端感應(yīng)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(dǎo)體(或兩不帶電的相互接觸的導(dǎo)體)時(shí)，會(huì)在原不帶電的導(dǎo)體兩端(或兩不帶電的相互接觸的導(dǎo)體上)感應(yīng)出等量異性的電荷． (3)接觸起電時(shí)電子轉(zhuǎn)移的規(guī)律． ①帶負(fù)電的物體與不帶電的中性物體接觸，電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到中性物體上． ②帶正電的物體與不帶電的中性物體接觸，電子由中性物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上． ③帶正電的物體與帶負(fù)電的物體接觸，電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上． 【例1】　(多選

7、)如圖所示，A、B為相互接觸的用絕緣支柱支撐的金屬導(dǎo)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(dǎo)體A時(shí)，A、B上的金屬箔片都張開 B．把C移近導(dǎo)體A，先把A、B分開，然后移走C，A、B上的金屬箔片仍張開 C．把C移近導(dǎo)體A，先把C移走，再把A、B分開，A、B上的金屬箔片仍張開 D．把C移近導(dǎo)體A，先把A、B分開，再把C移走，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 AB　[雖然A、B起初都不帶電，但帶正電的導(dǎo)體C對(duì)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(dòng)，使得A端積累了負(fù)電荷，B端帶正

8、電荷，其下部貼有的金屬箔片分別帶上了與A、B同種的電荷，所以金屬箔片都張開，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(yīng)電荷，此時(shí)即使再移走C，A、B所帶電荷量也不變，金屬箔片仍張開，B正確．但如果先移走C，A、B上的感應(yīng)電荷會(huì)馬上中和，不再帶電，所以箔片都不會(huì)張開，C錯(cuò)．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(yīng)電荷會(huì)完全中和，金屬箔片都不會(huì)張開，D錯(cuò)．故選A、B.] 感應(yīng)起電成功的關(guān)鍵是導(dǎo)體先分開為兩物體，然后移去帶電體，具備以下兩個(gè)特點(diǎn)： (1)近異遠(yuǎn)同；(2)等量異性．

9、 訓(xùn)練角度1.起電的實(shí)質(zhì) 1．(多選)關(guān)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(shí)帶上等量異種電荷 C．摩擦起電，可能是因?yàn)槟Σ翆?dǎo)致質(zhì)子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到了另一個(gè)物體而形成的 D．絲綢摩擦玻璃棒時(shí)，電子從玻璃棒上轉(zhuǎn)移到絲綢上，玻璃棒因質(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電 BD　[摩擦起電實(shí)質(zhì)是由于兩個(gè)物體的原子核對(duì)核外電子的約束能力不相同，因而電子可以在物體間轉(zhuǎn)移．若一個(gè)物體失去電子，其質(zhì)子數(shù)就會(huì)比電子數(shù)多，我們說它帶正電．若一個(gè)物體得到電子，其質(zhì)子數(shù)就會(huì)比電子數(shù)少，我們說它帶負(fù)電．使物體帶電

10、并不是創(chuàng)造出電荷．] 訓(xùn)練角度2.感應(yīng)起電 2．如圖，把一個(gè)不帶電的枕形導(dǎo)體靠近帶正電的小球，由于靜電感應(yīng)，在a、b兩端分別出現(xiàn)負(fù)、正電荷，則以下說法正確的是(　　) A．閉合開關(guān)S1，有電子從枕形導(dǎo)體流向大地 B．閉合開關(guān)S2，有電子從枕形導(dǎo)體流向大地 C．閉合開關(guān)S1，有電子從大地流向枕形導(dǎo)體 D．閉合開關(guān)S2，沒有電子通過開關(guān)S2 C　[在S1、S2都閉合前，對(duì)枕形導(dǎo)體，它的電荷是守恒的，a、b出現(xiàn)負(fù)、正電荷等量，當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2中的任何一個(gè)以后，便把大地與導(dǎo)體連通，使大地也參與了電荷轉(zhuǎn)移，因此，導(dǎo)體本身的電荷不再守恒，而是導(dǎo)體與大地構(gòu)成的系統(tǒng)中電荷守恒，由于靜電感

11、應(yīng)，a端仍為負(fù)電荷，大地遠(yuǎn)處應(yīng)感應(yīng)出正電荷，因此無論閉合開關(guān)S1還是開關(guān)S2，都應(yīng)有電子從大地流向?qū)w，故C選項(xiàng)正確．] 電荷守恒定律的理解應(yīng)用 1.“中性”與“中和”的區(qū)別 (1)電中性的物體是有電荷存在的，只是正、負(fù)電荷的代數(shù)和為零，對(duì)外不顯電性． (2)電荷的中和是指等量正、負(fù)電荷完全抵消的過程，但正、負(fù)電荷本身依然存在，并沒有消失． 2．物體帶電的實(shí)質(zhì) 不論哪一種帶電方式都沒有創(chuàng)造電荷，也沒有消滅電荷．本質(zhì)都是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移． 3．完全相同的金屬球接觸帶電時(shí)電荷量的分配情況 (1)用帶電荷量是Q的金屬球與不帶電的金屬球接觸后，兩小球均帶的電荷量，電性與原帶電金屬球電

12、性相同． (2)若兩金屬球帶同種電荷Q1、Q2，接觸后每個(gè)金屬球所帶的電荷量均為總電荷量的一半，即Q1′＝Q2′＝，電性與兩金屬球原來所帶電荷的電性相同． (3)若兩金屬球帶異種電荷Q1、－Q2，接觸后先中和等量的異種電荷，剩余的電荷量平均分配即Q1″＝Q2″＝，電性與接觸前帶電荷量大的金屬球的電性相同． 【例2】　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．在接觸后，A、B帶電荷量各是多少？此過程中電子發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移了多少電荷量？ [解析]　接觸后兩小球帶電量 QA′＝QB′＝＝C＝1.6

13、×10－9C，在接觸過程中，電子由B球轉(zhuǎn)移到A球，不僅將自身凈電荷中和，且繼續(xù)轉(zhuǎn)移，使B球帶QB′的正電荷．這樣，共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為： ΔQ＝QB－QB′＝(－3.2×10－9－1.6×10－9)C＝－4.8×10－9C [答案]　均為1.6×10－9C　電子由B球轉(zhuǎn)移到了A球，轉(zhuǎn)移了4.8×10－9 C [一題多變]　例2中，若小球B也帶正電，即QB＝3.2×10－9 C，其他條件不變，則兩球接觸后，各帶多少電荷？此過程中電子發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)移？轉(zhuǎn)移了多少電荷量？ [解析]　兩球接觸后，帶電量QA′＝QB′＝＝＝4.8×10－9 C. 在接觸過程中，電子由B球轉(zhuǎn)移到A球，轉(zhuǎn)移的電子

14、電荷量為ΔQ＝QB－QB′＝－1.6×10－9C. [答案]　均為4.8×10－9 C　電子由B球轉(zhuǎn)移到了A球，轉(zhuǎn)移了1.6×10－9 C 電荷量分配原則的兩點(diǎn)注意 (1)電荷均分的前提條件是兩導(dǎo)體完全相同． (2)不同的導(dǎo)體接觸后再分開，每個(gè)導(dǎo)體上所帶電荷量不滿足平均分配規(guī)律． 驗(yàn)電器的兩種應(yīng)用方式及原理 1.帶電體接觸驗(yàn)電器：當(dāng)帶電的物體與驗(yàn)電器上面的金屬球接觸時(shí)，有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上，與金屬球相連的兩個(gè)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(zhuǎn)移的越多，斥力越大，張開的角度也越大． 2．帶電體靠近驗(yàn)電器：當(dāng)帶電體靠近驗(yàn)電器的金屬球時(shí)

15、，帶電體會(huì)使驗(yàn)電器的金屬球感應(yīng)出異種電荷，而金屬箔片上會(huì)感應(yīng)出同種電荷(感應(yīng)起電)，兩箔片在斥力作用下張開． 3．使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的金屬箔片張開，如圖所示表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況，正確的是(　　) B　[把帶電金屬球移近不帶電的驗(yàn)電器，若金屬球帶正電荷，則將導(dǎo)體上的自由電子吸引上來，這樣驗(yàn)電器的上部將帶負(fù)電荷，箔片帶正電荷；若金屬球帶負(fù)電荷，則將導(dǎo)體上的自由電子被排斥到最遠(yuǎn)端，這樣驗(yàn)電器的上部將帶正電荷，箔片帶負(fù)電荷．故選項(xiàng)B正確．] 課 堂 小 結(jié) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.使物體帶電的三種方式：摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電. 2.電荷在轉(zhuǎn)移過

16、程中，代數(shù)和是不變的. 3.元電荷e＝1.6×10－19 C. 4.完全相同的金屬導(dǎo)體接觸后平分總電荷量． 1．(多選)關(guān)于元電荷的理解，下列說法正確的是(　　) A．元電荷就是電子 B．元電荷是表示1 C電量 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．物體所帶的電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍 CD　[元電荷是最小帶電量，大小為e＝1.6×10－19C ，跟電子或質(zhì)子所帶電荷量相等，不是電荷種類，任何帶電體的電荷量都為元電荷的整數(shù)倍，故C、D正確．] 2．(多選)一帶負(fù)電絕緣金屬小球放在潮濕的空氣中，經(jīng)過一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)該小球上的電荷幾乎不存在了，這說明(　　

17、) A．小球上原有的負(fù)電荷逐漸消失了 B．在此現(xiàn)象中，電荷不守恒 C．小球上負(fù)電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了 D．該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的，仍然遵循電荷守恒定律 CD　[絕緣小球上的電荷量減少是由于電子通過空氣導(dǎo)電轉(zhuǎn)移到外界，只是小球上的電荷量減小，但這些電子并沒有消失，就小球和整個(gè)外界組成的系統(tǒng)而言，其電荷總量保持不變，因此C、D選項(xiàng)均正確．] 3．如圖所示，小球A帶正電，當(dāng)帶負(fù)電的小球B靠近A時(shí)，A帶的(　　) A．正電荷增加　　 B．負(fù)電荷增加 C．正、負(fù)電荷均增加 D．電荷量不變 D　[當(dāng)帶負(fù)電的小球B靠近小球A時(shí)，兩小球之間無接觸，由電荷守恒定律

18、可知，A帶的電荷量不變，只是電荷重新在小球表面上發(fā)生了分布(電荷重新分布是由電荷之間相互作用力產(chǎn)生的)．] 4．如圖所示，將帶正電的金屬小球接觸原來不帶電的驗(yàn)電器A端之后拿走．下列關(guān)于驗(yàn)電器的帶電情況正確的是(　　) A．A端帶正電，B端帶正電 B．A端帶負(fù)電，B端帶負(fù)電 C．A端帶負(fù)電，B端帶正電 D．A端帶正電，B端帶負(fù)電 A　[用帶正電的小球去接觸驗(yàn)電器的金屬球，驗(yàn)電器中的電子將被吸附到帶電小球上去，故帶上正電，AB兩端電性相同，故選A.] 5．有三個(gè)相同的絕緣金屬小球A、B、C，其中小球A帶有3×10－3 C的正電荷，小球B帶有－2×10－3 C的負(fù)電荷，小球C不帶電．先將小球C與小球A接觸后分開，再將小球B與小球C接觸后分開，試求這時(shí)三個(gè)小球的帶電荷量分別為多少？ [解析]　小球C與小球A接觸后分開帶電量為 Q′A＝QC＝＝1.5×10－3 C. 小球B與小球C接觸后分開帶電量為 Q′B＝Q′C＝＝ C＝－2.5×10－4 C [答案]　1.5×10－3 C?。?.5×10－4 C?。?.5×10－4 C - 8 -