2022_2023学年新教材高中物理第9章静电场及其应用1电荷课件新人教版必修第三册（56张PPT）

(共56张PPT)
第九章　静电场及其应用
1．电　荷
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道自然界的电荷只有两种，且电荷间存在着相互作用。
2．了解摩擦起电和感应起电两种使物体带电的方式，学会从物质微观结构的角度认识物体带电的原因。
3．理解电荷守恒定律，会解释生活中的静电现象。
4．知道电荷量、元电荷、比荷的概念，知道电荷量是不能连续变化的物理量。
【学习目标】
【思维脉络】
课前预习反馈
1．两种电荷
自然界中只存在两种电荷，即_____电荷和_____电荷。
2．电荷量：电荷的_______，用Q表示，有时也可用q来表示。在国际单位制中，单位是_______，简称_____，符号是____。
3．原子的组成
①原子是由带正电的_______、不带电的中子以及带负电的_______组成的。
②每个原子中质子的正电荷数量与电子的负电荷数量_________，整个原子对外界表现为_________。
知识点 1
电荷
正　
负　
多少　
库仑　
库　
C　
质子　
电子　
一样多　
电中性　
4．摩擦起电的原因：当两种物质组成的物体相互摩擦时，一些受束缚较弱的_______会转移到另一个物体上，原来电中性的物体由于得到电子而带_______，失去电子的物体则带_______。
5．自由电子：金属中原子的外层电子脱离_________的束缚而在金属中___________，这种电子叫作自由电子。
6．离子：失去自由电子的_______便成为带正电的离子。
电子　
负电　
正电　
原子核　
自由运动　
原子　
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_______电荷，远离带电体的一端带_______电荷，这种现象叫作静电感应。
2．感应起电：利用___________使金属导体带电的过程。
知识点 2
静电感应
异种　
同种　
静电感应　
表述一：电荷既不会_______，也不会_______，它只能从物体的一部分转移到___________，或者从一个物体转移到_____________。在转移的过程中，电荷的总量___________。
表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和___________。
知识点 3
电荷守恒定律
创生　
消灭　
另一部分　
另一个物体　
保持不变　
保持不变　
1．定义：最小的_________，用e表示。
2．带电体的电荷量特征：所有带电体的电荷量都是e的_______倍，是_______连续变化的物理量。
3．元电荷e的数值：最早是由美国物理学家密立根测得的，e＝1.602 176 634×10－19C，计算中可取e＝_______________C。
4．电子的比荷
知识点 4
元电荷
电荷量　
整数　
不能　
1.60×10－19　
质量　
1.76×1011　
预习自测
『判一判』
(1)两个正电荷之间的作用力为斥力，两个负电荷之间的作用力为引力。 (　　)
(2)摩擦起电是创造电荷的过程。 (　　)
(3)玻璃棒和其他物体摩擦后不一定带正电。 (　　)
×　
×　
√　
(4)当一个带电体靠近导体时，产生静电感应现象，导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷。 (　　)
(5)电荷守恒定律和能量守恒定律一样，也是自然界中最基本的守恒定律。 (　　)
(6)元电荷就是最小的电荷。 (　　)
√　
√　
×　
『选一选』
(2021·北京人大附中朝阳学校高一下学期段考)在气候干燥的秋冬季节，人们常常会碰到这些现象：晚上脱衣时，常会听到噼啪的声响；早上起来梳头时，头发常会“飘”起来。这就是发生在我们日常生活中的静电现象。有一次，小明的手指靠近金属门把手时，突然有一种被电击的感觉。这是因为运动摩擦使身体带电，当手指靠近门把手时，二者之间形成的放电现象。若放电前，小明的手指带负电。有关金属门把手的两端被感应带电的情况，下列图中标示正确的是 (　　)
A　
解析：人的手指带负电，则由于静电感应，门把手中离手指较近的一端感应出正电，离手指较远的一端感应出负电，则图A正确。
『想一想』
在干燥的天气里，用梳子梳头发的时候，头
发会不听指挥，顺着梳子飞起来(如图)，这时如
果将梳子浸入水中片刻再梳，头发就服帖了。试
解释这一现象。
解析：梳头发时由于摩擦起电，梳子和头发上产生异种电荷，又由于异种电荷相互吸引，使得头发顺着梳子飞了起来。梳子浸入水中后再梳，潮湿的梳子能将头发上的静电导走，也就不再出现上面的现象。
课内互动探究
如图所示，在干燥的环境中，用丝绸摩擦过的玻璃棒，慢慢靠近细碎的锡箔屑，会观察到什么现象？请解释所看到的现象。
理想化模型与质点
情景导入
探究
一
提示：观察到的现象是锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速向空中散开。出现这种现象的原因是：带电物体能够吸引轻小物体，锡箔屑与玻璃棒接触后带上与玻璃棒相同性质的电荷，同种电荷相互排斥，锡箔屑散开。
1．两种电荷
(1)电荷的种类：电荷分为正电荷和负电荷。①用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷；②用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷称为负电荷。
(2)电荷的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；且带电体有吸引轻小物体的性质。
要点提炼
(3)电荷量
电荷的多少叫作电荷量，用Q或者q表示，在国际单位制中，它的单位是库仑(C)。电荷有正、负之分，正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。但“＋”“－”号不表示电荷量的大小，只代表电荷的性质(种类)。比较带电体带电的多少，是比较所带电荷量的绝对值，绝对值大的带电荷量就多。
2．三种起电方式
(1)为什么摩擦会起电
①本质：当两个不同物体互相摩擦时，由于不同物体的原子核对核外电子的束缚能力不同，束缚能力强的物体在摩擦过程中得到电子带负电，束缚能力弱的物体在摩擦过程中失去电子带正电。
例如：用毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮上的电子转移到橡胶棒上，橡胶棒因得到电子而带负电，毛皮因失去电子而带正电。
②摩擦过的橡胶棒一定带负电吗？
不一定。同一物体分别与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷的种类取决于两种物质的原子核束缚电子的能力的大小，故同一物体与不同种类的物体摩擦时，可能带上不同种类的电荷。
例如：用棉布分别与聚丙烯塑料板和聚乙烯塑料板摩擦，实验结果如图甲、乙所示，说明同一物体与不同种类物体摩擦时，带电种类可能不同。
(2)静电感应与感应起电
①静电感应：把带电体移近不带电的导体，导体的电荷分布会发生变化的现象。
产生：如图所示，把带电的球C移近金属导体AB时，由于同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引，使导体上的自由电子被吸引过来，因此导体的A、B两端带上了等量的异种电荷。
②感应起电：利用静电感应原理使导体带电的过程。
规律：近端感应出异种电荷，远端感应出同种电荷。
带电体移近导体时，导体靠近带电体的一端带上和带电体电性相反的电荷，远离带电体的一端带上和带电体电性相同的电荷。导体所带的电荷称为感应电荷，感应电荷的规律可总结为：近异远同，电荷量相等。
本质：导体中自由电子在带电体作用下，在导体内部发生转移，并不是创造了电荷。
③感应起电的两种不同方式
感应起电有两种常见的方式，感应出异种电荷和同种电荷，分别如下，不管哪种方式均需在干燥的环境中进行。
方式一：感应出异种电荷
操作步骤如下：如图甲，两导体A、B相互接触；如图乙，将带电体C靠近A、B；如图丙，保持C不动，用绝缘棒将A、B分开，然后移走C，则A、B分别带异种电荷。
【注意】图丙中若先移走C，再将A、B分开，A、B不带电，因为移走C后感应电荷会立即中和。
方式二：感应出同种电荷
操作步骤如下：
【注意】图乙中，用手接触导体B端，B端电子通过人体导入大地，此时大地相当于导体的远端；图丙中，将手指移开，A所带电荷不变，B不带电；图丁中，移去带电体C，这时导体带上了和带电体C电性相反的电荷；图戊中将A、B分开，A、B所带电荷均与带电体C电性相反。
(3)三种起电方式的比较
方式 内容 摩擦起电 感应起电 接触起电
产生及 条件 两不同绝缘体摩擦时 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” 导体上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) 自由电荷在带电体与导体之间发生转移
实质 均为电荷在物体之间或物体内部的转移
(1)感应起电成功的关键在于先分开两物体(或先断开接地线)然后再移去带电体。
(2)摩擦起电中对原子核外电子束缚能力差的物体失去电子而带正电，对原子核外电子束缚能力强的物体得到电子而带负电。
特别提醒
(多选)(2021·广东佛山一中高二上段考)如图所示，A、B为两个相互接触的、用绝缘支架支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法中正确的是
(　　)
A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开
B．把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，
A、B上的金属箔片仍然张开
C．先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍然张开
D．先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的箔片张开，而B上的箔片闭合
典例1
典例剖析
AB　
解析：把带正电荷的小球C移近导体A后，由于静电感应现象，在导体A的左端会感应出负电荷，导体B的右端感应出正电荷，所以导体两端的金属箔片都张开，把A和B分开，然后移去C，A带负电，B带正电，金属箔片仍然张开，故A、B正确；先把C移走，A、B电荷中和，A、B都不带电，再把A、B分开，A、B上的金属箔片不会张开，故C错误；先把A、B分开，再把C移走，此时A、B带等量的异种电荷，然后重新让A、B接触，A与B上的电荷重新中和，A、B上的金属箔片均闭合，故D错误。
1．如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是 (　　)
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
地时，发生静电感应，使导电平板带上负
电荷，故选项B正确。
对点训练
B　
某同学两手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：电荷“中和”了，不违背电荷守恒定律。
电荷守恒定律　元电荷
情景导入
探究
二
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。
2．守恒的广泛性
电荷守恒定律同能量守恒定律一样，是自然界中最基本的规律，任何电现象都不违背电荷守恒定律。
物体的起电过程，其本质都是电子发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配。不论哪一种起电过程都没有创造电荷，也没有消灭电荷。
要点提炼
3．“中性”与“中和”的理解
(1)中性是指原子或物体所带的正电荷和负电荷在数量上相等，对外不显电性，表现为不带电的状态。
(2)中和是指两个带等量异种电荷的物体，相互接触时，由于正、负电荷间的吸引作用，电荷发生转移，最后都达到中性状态的一个过程。
4．元电荷
(1)元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分。
(2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷。
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Q1＝6.4×10－9 C，Q2＝－3.2×10－9 C，让两绝缘金属小球接触。在接触后，A、B带电量各是多少？此接触过程中，电子如何转移，转移了多少个电子？
思路引导：(1)金属球中发生定向转移的是自由电子，两球接触时，自由电子由B向A转移。
(2)由于两金属完全相同，两球接触后带电量相等、电性相同，电荷再分配时符合电荷均分原理。
典例 2
典例剖析
答案：均为1.6×10－9 C；电子由B球转移到A球，转移了3.0×1010个
2．(多选)小明同学用自制的验电器进行了一些探究实验。如图所示，小明使验电器带了负电荷，经过一段时间后，他发现该验电器的金属箔片(用包装巧克力的锡箔纸制作)几乎闭合了。关于此问题，他跟学习小组讨论后形成了下列观点，你认为哪些是正确的 (　　)
A．小球上原有的负电荷逐渐消失了
B．在此现象中，电荷不守恒
C．小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子
导走了
D．该现象是由于电子的转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律
对点训练
CD　
解析：带负电的验电器在潮湿的空气中，经过一段时间后，小球上的负电荷(电子)被潮湿的空气导走了，但电荷在转移的过程中仍然守恒，故C、D正确。
核心素养提升
1．带电体接触验电器：当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开。如图甲。
2．带电体靠近验电器：当带电体靠近验电器的金属球时，带电体会使验电器的金属球感应出异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电)，两箔片在斥力作用下张开，如图乙。
验电器的两种应用方式及原理
(多选)如图所示，有一带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角减小，则
(　　)
A．金属球A可能不带电
B．金属球A一定带正电
C．金属球A可能带负电
D．金属球A一定带负电
案例
AC　
解析：验电器的金属箔片之所以张开，是因为它们都带有正电荷，而同种电荷相互排斥，张开角度的大小决定于两金属箔片带电荷量的多少。如果A球带负电，靠近验电器的B球时，异种电荷相互吸引，使金属箔片上的正电荷逐渐“上移”，从而使两金属箔片张角减小，选项C正确，B错误；如果A球不带电，在靠近B球时，发生静电感应现象使A球靠近B球的一面出现负的感应电荷；而背向B球的一面出现正的感应电荷；A球上的感应电荷与验电器上的正电荷发生相互作用，由于负电荷离验电器较近而表现为吸引作用，从而使金属箔片张角减小，选项A正确，D错误。
关于静电感应中导体接地问题，具体有以下几种情况：
(1)如图甲所示，当带正电的带电体C靠近不带电的导体A、B时，如果导体不接地，由静电感应现象，靠近C的A带负电，远离C的B带等量的正电。
静电感应中导体接地问题的分析
(2)如图乙所示，当B接地时，在导线的连接下，导体A、B和大地组成了一个大导体，这时近端为A，而远端为大地。由于静电感应，A带负电，而B原来感应出的正电荷被从大地流来的负电荷(即电子，这里要注意，并非正电荷流入了大地)中和了。
(3)如图丙所示，如果是A接地，导体A、B和大地还是组成一个大导体。新的导体仍然是A离带电体C最近，大地离C最远。由于静电感应，A仍然带负电。
(4)如果(2)(3)两种情况不是接地，而是
改为用手触摸A或B，则结果相同。
取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触，起初它们都不带电，贴在它们下部的金属箔片是闭合的，如图所示。现把带正电荷的物体C移近导体A，下列分析正确的是 (　　)
A．C移近导体A时可以看到A上的金属箔片张开，B上的金属箔片闭合
B．C移近导体A时可以看到B上的金属箔片
张开，A上的金属箔片闭合
C．C移近导体A后再用手摸一下B，发现B
上的金属箔片闭合，A上的金属箔片张开
D．C移近导体A后再用手摸一下A，发现A上的金属箔片闭合，B上的金属箔片张开
案例
C　
解析：C移近导体A时，在A的左端感应出负电荷，在B的右端感应出正电荷，可以看出A、B上的金属箔片均张开，选项A、B错误；C移近导体A后，不论用手摸一下B，还是摸一下A，导体A成了近端，大地成了远端，带正电A左端仍带负电，B的右端不带电，即B上的金属箔片闭合，A上的金属箔片张开，选项C正确，D错误。
课堂达标检测
1．(2021·海南省文昌中学高一下学期等级考)中央电视台的三星智力快车节目介绍说，蜜蜂飞行与空气摩擦产生静电，因此蜜蜂在飞行中就可以吸引带正电的花粉。以下说法正确的是 (　　)
A．空气带负电　　　　 B．蜜蜂带负电
C．空气不带电　　　　 D．蜜蜂带正电
解析：电荷间作用规律是同种电荷相排斥，异种电荷相吸引，蜜蜂在飞行中可以吸引带正电的花粉，是因为蜜蜂带负电，与蜜蜂摩擦的空气带正电，故选项B正确，A、C、D错误。
B　
2．(2021·山西省忻州市范亭中学高二上学期期中)使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。右列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是 (　　)
B　
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，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷。B项正确。
3．(2021·湖北武汉市江夏区高二上学期检测)某科技馆里，一位少女站在绝缘平台上，当她用手触摸一个金属球时，会看到她的头发慢慢竖起，像是孔雀开屏，如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A．头发竖起是因为她身上带了静电
B．她只有带正电荷时，头发才会竖起
C．她的头发慢慢竖起是因为电荷慢慢传到她的头发上
D．与电无关，这是她的特异功能
A　
解析：A对，头发竖起是因为她身上带了同种电荷的静电，头发相互排斥而竖起；B错，只要带同种电荷，她的头发均可以竖起；C错，电荷分布在头发上是瞬间完成的，慢慢竖起是因为头发受力后需要一个运动过程；D错，这不是特异功能，而是一种静电现象。