(共31张PPT)
1.电荷
必备知识
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一、电荷、静电感应
1.很多物体都会由于摩擦而带电,这种方式为摩擦起电。自然界只有两种电荷:正电荷和负电荷。
2.电荷的多少叫作电荷量,用Q表示,也可以用q表示,在国际单位制中电荷量的单位是库仑,符号是C。
3.金属原子中的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动,这种电子叫作自由电子。失去自由电子的原子核便成为带正电的离子,它们在金属内部排列起来,每个正离子都在自己的平衡位置附近振动而不移动,只有自由电子穿梭其中,这就使金属成为导体。绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷。
必备知识
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4.当一个带电体靠近导体时,由于电荷之间的相互吸引或者相互排斥,导体中的自由电荷便会趋向或者远离带电体,使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,这种现象叫作静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。
5.物体带电的本质是电子的转移,电子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。
必备知识
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二、电荷守恒定律
1.电荷守恒定律的内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它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,在转移过程中,电荷的总量保持不变。
2.电荷守恒定律的另一表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。
三、元电荷
1.元电荷是最小的电荷量,数值e=1.60×10-19 C,最早是由美国物理学家密立根测得。?
2.带电体的电荷量规律是e的整数倍。
3.电子的比荷:电子的电荷量e与其质量me之比。
必备知识
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四、验电器
1.类别:右图中甲是验电器,乙是静电计。
2.工作原理:用带电的物体接触上图中两器材上端后,甲中两箔片张开(乙中指针张开一定角度)的原因是甲中两箔片带同种电荷相互排斥;乙中指针和金属杆带同种电荷相互排斥。
必备知识
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1.正误判断。
(1)玻璃棒和丝绸摩擦后玻璃棒带正电说明丝绸上的正电荷移动到玻璃棒上。 ( )
解析:原子核是稳定的,正电荷并不移动,移动的是核外电子,玻璃棒和丝绸摩擦时,电子会由玻璃棒转移到丝绸上,所以玻璃棒多余了正电荷,即带了正电。
答案:×
(2)两物体相互摩擦会使物体带电的原因是两物体的原子核对核外电子束缚的能力不同。 ( )
解析:由于原子核对核外电子的束缚程度不同,离核较远的电子受到的束缚较弱,容易受到外界的作用而脱离原子,从而产生摩擦带电现象。
答案:√
必备知识
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(3)甲物体带有+1 C电荷,乙物体带有-3 C电荷,甲的电荷量大于乙的电荷量。 ( )
解析:正负号表示电荷的正负,比较电荷量多少时只能看带电荷量的数量,与正负无关。
答案:×
(4)元电荷就是电子。 ( )
解析:最小的电荷量叫作元电荷,电荷量为1.60×10-19 C;电子带负电,电荷量与元电荷相同,但它是微观粒子。
答案:×
(5)质子和电子的比荷相同。 ( )
解析:质子和电子的电荷量相同,但质子的质量远大于电子的质量,所以电子的比荷大于质子的比荷。
答案:×
必备知识
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(6)元电荷是表示跟一个电子所带电荷量数值相等的电荷量。 ( )
答案:√
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2.下列对物体带电现象的叙述正确的是( )
A.不带电的物体一定没有电荷
B.带电物体一定具有多余的电子
C.一根带电的导体棒放在潮湿的房间,过了一段时间后,发现导体棒不带电了,这个过程中电荷不守恒
D.摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体
解析:不带电的物体内部含有等量的正电荷和负电荷,对外显示不带电,A错误。带电物体可能有多余的正电荷,也可能有多余的负电荷,B错误。一根带电的导体棒放在潮湿的房间,过了一段时间后,发现导体棒不带电了,是因为电荷被中和了,这个过程中电荷仍然守恒,C错误。摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,D正确。
答案:D
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3.现代理论认为,反质子的质量与质子相同,约为电子质量的1 836倍。若me=0.91×10-30 kg,e=1.6×10-19 C,求反质子的比荷。
答案:9.58×107 C/kg
探究一
探究二
探究三
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电荷及三种起电方式
情景导引
图甲是古老的摩擦起电机,图乙是感应起电机。结合图片,思考:
甲 乙
(1)两个绝缘体发生摩擦为什么会带上电荷?
(2)感应起电能发生在绝缘体上吗?原因是什么?
要点提示:(1)两个绝缘体摩擦时,其中一个物体失去电子,另一个物体得到电子,分别带上了正、负电荷;(2)感应起电不会发生在绝缘体上,因为绝缘体中的电子不能自由移动。
探究一
探究二
探究三
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知识归纳
三种起电方式的比较
画龙点睛 带电方式有三种,摩擦起电、接触带电、感应起电,三种带电方式的实质都是电子的转移。
探究一
探究二
探究三
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实例引导
例1(多选)如图所示,A、B为相互接触的用绝缘柱支撑的金属导体,在它们的下部贴有金属箔片,起初它们不带电。C是带正电的小球,下列说法正确的是( )
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后,先把A、B分开,然后移去导体C,A、B上的金属箔片仍张开
C.把C靠近A稳定后,先把C移走,再把A、B分开,A、B上的金属箔片仍张开
D.把C靠近A稳定后,先把A、B分开,再把C移走,然后重新让A、B接触,A上的金属箔片张开,而B上的金属箔片闭合
探究一
探究二
探究三
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解析:虽然A、B起初都不带电,但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用,使A、B中的自由电子向左移动,使A端积累了负电荷,B端积累了正电荷,其下部贴的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷。由于同种电荷间的斥力,所以金属箔片都张开,选项A正确;C在A、B附近时,先把A、B分开,则A、B分别带上了等量的异种电荷,移去C后,A、B上的电性和电荷量不变化,两金属箔片仍张开,选项B正确;如果先移走C,A、B上的感应电荷会在其相互之间力的作用下吸引而中和,不再带电,所以金属箔片都不会张开,选项C错误;先把A、B分开,再移走C,A、B仍然带电,但重新让A、B接触后,A、B上的感应电荷完全中和,金属箔片都不会张开,选项D错误。
答案:AB
探究一
探究二
探究三
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规律方法 感应起电的分析方法
(1)静电感应中,中性导体在两侧同时感应等量异种电荷。感应的过程,就是导体内电荷重新分布的过程。
(2)静电感应现象中,要放上带电体后再将两物体分开,两物体带等量异种电荷。
探究一
探究二
探究三
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变式训练1(多选)如图所示,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端靠近一带正电导体C时( )
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
探究一
探究二
探究三
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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端出现了负电荷,在B端出现了正电荷,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;用手触摸枕形导体后,B端不再是最远端,人是导体,人脚下的地球是最远端,这样B端不再有电荷,金箔闭合。选项B对;用手触摸枕形导体后,只有A端带负电,将手和C都移走,不再有静电感应,A端所带负电便会分布在整个枕形导体上,A、B端均带有负电,两对金箔均张开。选项C对;从以上分析看出,选项D对。
答案:BCD
探究一
探究二
探究三
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电荷守恒定律
情景导引
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?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
①小球上原有的负电荷逐渐消失了。
②在此现象中,电荷不守恒。
③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。
④该现象是由于电子的转移引起的,仍然遵循电荷守恒定律。
要点提示: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③④正确。
探究一
探究二
探究三
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知识归纳
1.物体带电的实质
电荷守恒定律的关键词是“转移”和“总量保持不变”,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。使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
(1)电荷守恒定律和能量守恒定律一样,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。
(2)电荷守恒定律另一表述是:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。
画龙点睛 电荷不会产生也不会消灭,只能转移。
探究一
探究二
探究三
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实例引导
例2如图所示,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和分布情况是( )
A.枕形导体中的正电荷向B端移动,电子向A端移动,两端带等量电荷
B.枕形导体中电子向A端移动,正电荷不移动,两端带等量电荷
C.枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动,A端电荷量大
D.枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动,B端电荷量大
解析:导体中自由电子可以自由移动,带正电荷的是原子核,不能定向移动,由电荷守恒定律知,两端电荷量大小相等。
答案:B
探究一
探究二
探究三
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变式训练2M和N都是不带电的物体,它们互相摩擦后M带正电荷1.6×10-10 C,下列判断中正确的是( )
A.在摩擦前M和N的内部没有任何电荷
B.摩擦的过程中电子从N转移到了M
C.N在摩擦后一定带负电荷1.6×10-10 C
D.M在摩擦过程中失去了1.6×10-10个电子
解析:由电荷守恒定律,M带正电,是因为电子转移到N上了,所以N带等量负电荷。
答案:C
探究一
探究二
探究三
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元电荷
情景导引
1.物体的带电荷量可以是任意的吗?带电荷量可以是4×10-19 C吗?
要点提示:物体的带电荷量不是任意的,它只能是1.60×10-19 C的整数倍。由于4×10-19 C是1.60×10-19 C的2.5倍,所以带电荷量不能是4×10-19 C。
2.电子和质子就是元电荷吗?
要点提示:元电荷是电荷量的最小值,不是物质;电子和质子是实实在在的粒子。
探究一
探究二
探究三
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知识归纳
1.所有带电体的电荷量或者等于e,或者是e的整数倍。
2.质子和电子所带电荷量与元电荷相等,但不能说电子和质子是元电荷。
画龙点睛 电荷量是不连续的,只能是元电荷的整数倍。
探究一
探究二
探究三
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实例引导
例3(多选)下列关于元电荷的说法中正确的是( )
A.元电荷实质上是指电子和质子本身
B.一个带电体的带电荷量可以为205.5倍的元电荷
C.元电荷没有正负之分
D.元电荷e的值最早是由美国物理学家密立根通过实验测定的
解析:元电荷是指电子或质子所带电荷量的大小,但元电荷不是带电粒子,也没有电性之说,A错,C对;元电荷是最小的带电数值,所有带电体的带电荷量一定等于元电荷的整数倍,B错;元电荷的电荷量e的值最早是由美国物理学家密立根通过实验测定的,D对。
答案:CD
探究一
探究二
探究三
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变式训练3(多选)下列说法中正确的是( )
A.元电荷是电子所带的电荷量
B.所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍
C.物体所带电荷量可以是任意值
D.元电荷的值通常取e=1.60×10-19 C
解析:所有带电体的电荷量或者等于e,或者是e的整数倍,这就是说,电荷量是不能连续变化的物理量。由以上分析可知正确选项为B、D。
答案:BD
探究一
探究二
探究三
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1.在冬天人们穿毛衣时很容易产生静电,这种产生静电的方式属于( )
A.感应起电 B.接触起电
C.摩擦起电 D.毛衣本身就带电
解析:感应起电的实质是在其他带电体的影响下电子从物体的一部分转移到另一部分;摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体。毛衣本身不带电,但在与皮肤摩擦时很容易产生静电,这种产生静电的方式属于摩擦起电,选项C正确。
答案:C
探究一
探究二
探究三
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2.带电体所带的电荷量不可能是( )
A.4.0×10-18 C B.6.4×10-19 C
C.1.6×10-10 C D.2.0×10-19 C
解析:任何带电体带的电荷量都等于元电荷的整数倍,即q=ne,n=1,2,3… … e=1.6×10-19 C;由于2.0×10-19 C不是1.6×10-19 C的整数倍,所以D是不可能的。
答案:D
探究一
探究二
探究三
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3.使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的金属箔片张开,如图所示表示验电器上感应电荷的分布情况,正确的是( )
探究一
探究二
探究三
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解析:把带电金属球移近不带电的验电器,若金属球带正电荷,则导体上的自由电子被吸引上来,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。故选项B正确。
答案:B
第九章静电场及其应用
1.电荷
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.元电荷就是电子
B.所有带电体带的电荷量一定等于元电荷的偶数倍
C.元电荷的值通常取e=1.60×10-19 C
D.元电荷的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的
答案CD
2.把一个带电棒移近并接触一个带正电的验电器的过程中,金属箔片先闭合后张开,说明棒上带的是( )
A.正电荷
B.负电荷
C.可以是正电荷,也可以是负电荷
D.带电棒上先带正电荷,后带负电荷
解析金属箔片先闭合后张开,说明金属箔片所带正电荷先被中和,而带电棒电荷量较大,中和后还有多余的负电荷,后来金属箔片带上负电荷,所以又会张开,由此判断,带电棒带负电。
答案B
3.
如图所示,原来不带电的绝缘金属导体MN,在其两端下面都悬挂金属验电箔。若使带负电的绝缘金属球A靠近导体M端,可能看到的现象是( )
A.只有M端验电箔张开,且M端带正电
B.只有N端验电箔张开,且N端带负电
C.两端的验电箔都张开,且N端带负电,M端带正电
D.两端的验电箔都张开,且N端带正电,M端带负电
解析由于同号相斥,异号相吸,M端感应出正电荷,N端感应出负电荷。
答案C
4.带电微粒所带的电荷量不可能是下列值中的( )
A.2.4×10-19 C
B.-8×10-19 C
C.-1.6×10-18 C
D.4.0×10-17 C
解析任何带电体所带的电荷量都只能是元电荷的整数倍,元电荷为e=1.60×10-19 C,选项A中电荷量为e,B中电荷量为-5e,C中电荷量为-10e,D中电荷量为250e。选项B、C、D中的电荷量数值均是元电荷的整数倍,所以只有选项A是不可能的。
答案A
5.有甲、乙、丙三个轻质导体小球,将它们两两靠近,它们都相互吸引,如图所示,下列说法正确的是( )
A.三个小球都带电
B.只有一个小球带电
C.有两个小球带同种电荷
D.有两个小球带异种电荷
解析若两小球相互吸引,则两小球带异种电荷,或者一小球带电,一小球不带电。由题中图示情况知,三球中有一球带正电,一球带负电,一球不带电,选项D正确。
答案D
6.绝缘细线上端固定,下端悬挂一轻质小球a,a的表面镀有铝膜,在a的近旁有一绝缘金属球b,开始时a、b不带电,如图所示,现使b球带电,则( )
A.a、b之间不发生相互作用
B.b将吸引a,吸在一起不分开
C.b立即把a排斥开
D.b先吸引a,接触后又把a排斥开
解析b球带电就能吸引轻质小球a,接触后电荷量重新分配,那么a、b球带同种电荷,然后就要相互排斥。题中说“近旁”表示能吸引并能接触,D对。
答案D
能力提升
1.
如图所示,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( )
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
2.
如图所示,左边是一个原先不带电的导体,右边C是后来靠近导体的带正电金属球,若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开,导体分为A、B两部分,这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB,则下列结论正确的有( )
A.沿虚线c切开,A带负电,B带正电,且QB>QA
B.只有沿虚线b切开,才有A带正电,B带负电,且 QB=QA
C.沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QB>QA
D.沿任意一条虚线切开,都有A带正电,B带负电,而QA、QB的值与所切的位置有关
解析导体原来不带电,只是在C的电荷的作用下,导体中的自由电子向B部分移动,使B部分带了多余的电子,而带负电,A部分少了电子,因而带正电。A部分转移走的电子数目和B部分多余的电子的数目是相同的,因此无论从哪一条虚线切开,两部分的电荷量总是相等的,但越靠近右端负电荷密度越大,越靠近左端正电荷密度越大,所以从不同位置切开时,QA、QB的值是不同的,故只有选项D正确。
答案D
3.(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,分别如图甲、乙所示,则( )
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.乙图中两球只有一个带电
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,所以可以判断出题图甲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题图乙中的现象,则必须都带电且是同种电荷。
答案BC
