课件10张PPT。第九章 静电场及其应用
1.电 荷 一、电荷
1.认识来源:人们对电的认识最初来自_________和自
然界的_____现象。
2.电荷亦称___,是_____的一种性质。
3.电荷量:___________叫作电荷量,在国际单位制中它
的单位是_____,简称库。用符号C表示。摩擦起电雷电电实物电荷的多少库仑二、三种起电方式1.摩擦起电:两个物体互相摩擦时,一些束缚得不紧的
电子往往从一个物体转移到另一个物体,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.接触起电:带电体接触导体时,电荷转移到导体上,使
导体带上与带电体_____(选填“相同”或“相反”)性
质的电荷。负正相同3.感应起电: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_____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现象。
利用_________使金属导体带电的过程叫作感应起电。远离异号同号静电感应三、电荷守恒定律及元电荷、比荷1.电荷守恒定律:电荷既不会_____,也不会_____,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_____保持不变。
2.三种起电方式的本质都是___________,在转移的过
程中电荷的总量_____。创生消灭总量电子的转移不变3.元电荷:_____所带的电荷量是科学实验发现的最小
电荷量,_____、_______所带的电荷量与它相同,但符
号相反。这个最小的电荷量叫作元电荷。
4.元电荷的值:_______________。?
5.比荷:电子的________与______之比,叫作电子的比
荷。电子质子正电子e=1.60×10-19 C电荷量e质量me温馨提示：
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关键能力·素养形成
一 三种起电方式
1.三种起电方式的比较:
方式
内容
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生
条件
两不同绝缘体摩擦时
导体靠近带电体时
导体与带电体接触时
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
导体带上与带电体电性相同的电荷
微观
解释
不同物质的原子核对核外电子的约束力不同,摩擦时电子从一物体转移到另一物体
导体中的自由电子受到带电体对它的排斥(或者吸引),而移向导体的远端(或者近端)
电荷间的相互作用,使得自由电子在带电体和导体上转移,且重新分布
实质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移
2.三种起电方式各自遵循的规律:
(1)摩擦起电时电荷转移的规律。
①摩擦起电时,原子核中的质子不能脱离原子核而移动,即相互摩擦的两个物体中转移的不可能是正电荷,转移的只是负电荷,即电子。
②电中性的两个绝缘体相互摩擦,带正电的物体一定是失去了电子,带负电的物体一定是获得了电子。
(2)感应起电的分布规律。
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。
(3)接触起电时电子转移的规律。
①带负电的物体与不带电的中性物体接触,电子由带负电的物体转移到中性物体上。
②带正电的物体与不带电的中性物体接触,电子由中性物体转移到带正电的物体上。
③带正电的物体与带负电的物体接触,电子由带负电的物体转移到带正电的物体上。
【思考·讨论】
把带正电的物体C移近导体A、B,金属箔有什么变化?再将物体C移开,使它远离A、B,金属箔又有什么变化? (物理观念)
提示:金属箔由闭合变为张开;金属箔由张开变为闭合。
【典例示范】
将经丝绸摩擦过的玻璃棒靠近不带电的验电器,下列哪个图能正确反映玻璃棒和验电器的带电情况 ( )
【解题探究】
(1)带电体靠近不带电的导体会发生什么现象?
提示:发生静电感应现象。
(2)带电体接触不带电的导体时会发生什么现象?
提示:发生电子的转移。
【解析】选A。丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,靠近不带电的验电器金属球时,发生静电感应,金属箔片会张开,负电荷会被吸引到带电体附近的金属球上,正电荷会被排斥到远端的金属箔上,此时金属球上带的是负电,金属箔片上带的是正电。故A正确,B、C、D错误。
【母题追问】
1.在【典例示范】中,若验电器原来带正电,用一根带大量负电的金属棒接触验电器的金属球,金属箔的张角将 ( )
A.先变小后变大 B.变大
C.变小 D.先变大后变小
【解析】选A。验电器原来带正电,如果用一根带大量负电的金属棒接触验电器的金属球,金属棒上的部分负电荷中和了验电器上的正电荷,验电器的金属箔片张角变小,但是还剩余一部分负电荷,验电器的金属箔片的张角还会变大。故A正确,B、C、D错误。
2.在【典例示范】中,若有一带正电荷的验电器,一金属球A靠近验电器的小球B时,验电器金属箔张角减小,则金属球A ( )
A.可能不带电
B.一定带正电
C.可能带正电
D.一定带负电
【解析】选A。验电器原来带正电,要使张角减小,则应使B处的电子转移到金属箔处,根据电荷间的相互作用,A球可能带负电;若A球不带电时,则由于感应,A球左侧也会带上负电,故会产生同样的效果;故A球可以带负电,也可以不带电;故A正确,B、C、D错误。
【补偿训练】
1.(多选)如图所示,A、B为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体,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上的金属箔片仍张开
C.先把C移走,再把A、B分开,A、B上的金属箔片仍张开
D.先把A、B分开,再把C移走,然后重新让A、B接触,A上的金属箔片张开,而B上的金属箔片闭合
【解析】选A、B。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,使得A端积累了负电荷,B端带正电荷,其下部贴有的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷,所以金属箔片都张开,A正确。C只要一直在A、B附近,先把A、B分开,A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和,因而A、B仍带等量异种的感应电荷,此时即使再移走C,A、B所带电荷量也不变,金属箔片仍张开,B正确。但如果先移走C,A、B上的感应电荷会马上中和,不再带电,所以箔片都不会张开,C错。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上的感应电荷会完全中和,金属箔片都不会张开,D错。故选A、B。
2.如图所示,左边是一个原先不带电的导体,右边C是后来靠近的带正电的导体球,若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开,分导体为A、B两部分,这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB,则下列结论正确的是 ( )
A.沿虚线d切开,A带负电,B带正电,且QA>QB
B.只有沿虚线b切开,才有A带正电,B带负电,且QA=QB
C.沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QAD.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】选D。静电感应使得A带正电,B带负电。导体原来不带电,只是在带正电的导体球C静电感应的作用下,导体中的自由电子向B部分转移,使B部分带了多余的电子而带负电;A部分少了电子而带正电。根据电荷守恒定律,A部分移走的电子数目和B部分多余的电子数目是相同的,因此无论从哪一条虚线切开,两部分的电荷量总是相等的,但由于电荷之间的作用力与距离有关,自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的,这样导致电子在导体上的分布的不均匀,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左右两部分所带电荷量的值QA、QB是不同的,故只有D正确。
二 电荷守恒定律 电荷分配规律
两个完全相同的带电金属球接触时电荷的分配规律
1.如果接触前两金属球带同种电荷,电荷量分别为q1和q2,两球接触时,总电荷量平均分配,两球的电荷量都等于。
2.如果接触前两金属球带异种电荷,电荷量分别为q1和q2,且q1>q2,接触时,先中和再将剩余的电荷量(q1-q2)平均分配,两球的电荷量都等于。
【思考·讨论】
两个相同的金属球带同种电荷,接触后电荷量如何分配?若带异种电荷,电荷量又如何分配? (物理观念)
提示:接触后电荷量相加后均分;接触后电荷先中和再均分。
【典例示范】
(多选)把两个完全相同的金属球A和B接触一下,再分开一段距离,发现两球之间互相排斥,则A、B两球原来的带电情况可能的是( )
A.带等量异种电荷
B.带等量同种电荷
C.带不等量异种电荷
D.一个带电,另一个不带电
【解析】选B、C、D。两个金属球原来分别带等量异种电荷,接触后电荷完全中和,两球不存在排斥力,故A不可能;两个金属球原来分别带等量同种电荷,把两个完全相同的金属球接触后电荷重新平分,带上等量同种电荷,存在排斥力,故B可能;两个金属球原来分别带不等量异种电荷,金属球接触后电荷先中和再平分,带上等量同种电荷,存在排斥力,故C可能;原来的其中一个带电,把两个完全相同的金属球接触后电荷平分,带上等量同种电荷,存在排斥力,故D可能。
【素养训练】
1.两个完全相同的金属小球A、B所带电荷量分别为+QA和+QB,且QA>QB。若将它们接触后再分开,与接触前相比较,分开后两小球所带电荷量变化的情况是( )
A.A所带电荷量变大,B所带电荷量变小
B.A所带电荷量变小,B所带电荷量变大
C.A、B所带电荷量均变大
D.A、B所带电荷量均变小
【解析】选B。两个相同的带电金属球接触再分开后,由于是带同种电荷,所以带电的原则是二者平分,可知接触分开后A与B的带电量为:Q=,由于开始时QA>QB,所以可知A所带电荷量变小,B所带电荷量变大。故B正确,A、C、D错误。
2.(多选)如图所示用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦,实验结果如图所示,由此对摩擦起电说法正确的是 ( )
A.两个物体摩擦时,表面粗糙的易失去电子
B.两个物体摩擦起电时,一定同时带上种类及数量不同的电荷
C.两个物体摩擦起电时,带上电荷的种类不同但数量相等
D.同一物体与不同种类的物体摩擦,该物体所带电荷种类可能不同
【解析】选C、D。两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小,A错。由于摩擦起电的实质是电子的得失,所以两物体带电种类一定不同,数量相等,B错,C对。由题中例子不难看出,同一物体与不同种类的物体摩擦,带电种类可能不同,D对。
【补偿训练】
如图所示,导体A带电荷量为5q的正电荷,另一完全相同的导体B带电荷量为q的负电荷,将两导体接触一会儿后再分开,则B导体带的电荷量为( )
A.-q B.q C.2q D.4q
【解析】选C。两个带异种电荷带电体接触后,电荷量先中和,后平分。故选项C正确。
【拓展例题】考查内容:验电器的原理和应用
【典例】(多选)某验电器金属小球和金属箔均带负电,金属箔处于张开状态。现用绝缘柄将带有少量负电荷的硬橡胶棒向验电器的金属小球稍许移近,则验电器金属箔 ( )
A.张角稍许增大
B.张角稍许减小
C.硬橡胶棒的稍许靠近,致使小球上的电子向金属箔移动
D.硬橡胶棒的稍许靠近,致使金属箔上的质子向金属小球移动
【解析】选A、C。硬橡胶棒稍许靠近金属小球时,负电荷间产生排斥力,致使小球上电子向金属箔上移动。而金属箔上质子即使受到吸引力也无法移动。金属小球上电子向金属箔上聚集,金属箔上负电荷增多,两金属箔片间排斥力增大,故两金属箔片间张角增大。
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课堂检测·素养达标
1.下列有关起电的说法正确的是 ( )
A.摩擦起电说明电荷是可以创造的
B.感应起电的过程中电荷总量不守恒
C.接触起电的本质是物体的电子发生了转移
D.等量的正、负电荷可以中和,说明电荷可以被消灭
【解析】选C。摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,并没有创造电荷,故A项错误;感应起电的实质是电荷从物体的一部分转移到另一部分,转移过程中电荷量守恒,故B项错误;接触起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,电荷总量保持不变,故C项正确;等量的正、负电荷可以中和,是电荷的转移,电荷没有被消灭,只是整体不显示电性而已,故D项错误。
2.“顿牟”指玳瑁的甲壳,“掇芥”的意思是吸引芥子之类的轻小的物体。不考虑万有引力的作用,发生“顿牟掇芥”时,两者可能的带电情况是( )
A.玳瑁壳带正电,芥子带正电
B.玳瑁壳带负电,芥子带负电
C.玳瑁壳带正电,芥子不带电
D.玳瑁壳不带电,芥子不带电
【解析】选C。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。带电体都有吸引轻小物体的性质,故C正确,A、B、D错误。
【补偿训练】
据某电视节目介绍说,蜜蜂飞行时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.空气不带电
B.蜜蜂带负电
C.空气带负电
D.蜜蜂带正电
【解析】选B。根据异种电荷相吸,可知,蜜蜂吸引带正电的花粉,所以蜜蜂带负电,与蜜蜂摩擦的空气带正电,故B正确,A、C、D错误。
3.如图所示,一个不带电的绝缘导体P正向带负电的小球Q靠近(不接触),下列说法中正确的是 ( )
A.导体P两端带等量同种电荷
B.A端的感应电荷电性与毛皮摩擦过的橡胶棒所带电性相同
C.B端的感应电荷电性与毛皮摩擦过的橡胶棒所带电性相同
D.导体P两端的感应电荷越来越少
【解析】选C。导体P处在负电荷的电场中,由于静电感应现象,导体的右端B要感应出负电荷,在导体的左端A会出现正电荷,故A错误;因毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,则B端的感应电荷电性与毛皮摩擦过的橡胶棒所带电性相同,故B错误,C正确;随着靠得越近,P两端的感应电荷越来越多,故D错误。
4.如图所示,大球A原来的电荷量为Q,小球B原来不带电,现在让小球与大球接触,达到稳定状态时,发现A、B两球所带的电荷量与体积成正比,小球获得的电荷量为q;现给A球补充电荷,使其电荷量再次为Q,再次让小球接触大球,每次都给大球补充到电荷量为Q,问:经过反复多次接触后,小球的带电荷量不再发生变化,此时小球带电量为多少?
【解析】由于两个球的大小不等,所以在接触过程中,两球的电荷量分布比例不是1∶1,但电荷量与体积成正比,两者电荷量之比应该是一个确定的值。根据第一次接触达到稳定状态时两者的电荷量关系可知,此比例为(Q-q)∶q=VA∶VB。(VA、VB未知)经过多次接触后,从大球上迁移到小球上的电荷量越来越少,最终将为零,设最终B球带电荷量为q′,则=,所以=,q′=。
答案:
情境:干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走,身上聚集了-4.8×10-5 C的电荷。
问题:若电子质量me=9.1×10-31 kg,电子电荷量e=-1.6×10-19 C。则:
(1)多少个电子的电荷量等于-3.2×10-5 C?
(2)此人身上有多少个剩余电子?
(3)他的质量增加了多少?
【解析】(1)每个电子电荷量为
e=-1.6×10-19 C,
则-3.2×10-5 C的电量需要的电子为
n==2×1014个。
(2)此人身上有电子为
n′==3×1014个。
(3)电子质量me=9.1×10-31 kg,
所以他的质量增加
m=3×1014×9.1×10-31 kg=2.73×10-16 kg。
答案:(1)2×1014个 (2)3×1014个
(3)2.73×10-16 kg
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课时素养评价 一
电 荷
(15分钟 30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.下面关于电现象的说法正确的是 ( )
A.玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电,橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电
B.摩擦可以起电,是普遍存在的现象,相互摩擦的两个物体总是同时带等量的异种电荷
C.带电现象的本质是电子的转移,物体得到电子就一定显负电性,失去电子就一定显正电性
D.以上都不对
【解析】选D。摩擦后的物体带什么电荷要看相互摩擦的两个物体获得电子的能力的强弱,如果两个物体获得电子能力相同,则相互摩擦后不会带电。获得电子的能力强的会得到电子带负电,获得电子的能力弱的失去电子带正电。故A错误;摩擦可以起电,是普遍存在的现象,但如果两个物体获得电子能力相同,则相互摩擦后不会带电,故B错误;呈电中性的物体得到电子就一定显负电性,失去电子就一定显正电性,故C错误,D正确。
2.两个大小材质完全相同的金属小球a、b,带电量分别为+3q和-q,两小球接触后分开,小球带电量为 ( )
A.a为+3q,b为-q B.a为+q,b为+3q
C.a为+2q,b为-2q D.a为+q,b为+q
【解析】选D。完全相同的金属球,接触时先中和再平分,所以每个球带电=q。故选D。
3.如图,用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒,接触不带电的验电器金属小球a,这时验电器小球a和金箔b的带电情况是 ( )
A.a带正电,b带负电
B.a带负电,b带正电
C.a、b均带正电
D.a、b均带负电
【解析】选D。用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,去接触验电器的金属球,此时金属球夺得电子的本领比橡胶棒强,金属球夺得电子带负电。故选D。
【补偿训练】
如图所示,两个互相接触的导体A和B,均放在绝缘支架上,现将用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近导体A,但不接触,若先将玻璃棒移去,再将A、B分开,则A、B的带电情况是 ( )
A.不带电 带正电
B.不带电 带负电
C.不带电 不带电
D.带正电 带负电
【解析】选C。丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,将玻璃棒靠近两个不带电的导体A、B,靠感应起电使物体带电,若先将玻璃棒移去,A、B中的电荷重新中和,再将A、B分开,则A、B都不带电。故选C。
4.如图所示,A、B是被绝缘支架分别架起的金属球,并相隔―定距离,其中A带正电,B不带电,则以下说法正确的是 ( )
A.金属球B左端出现正电荷,右端出现负电荷,并且电荷量大小相等
B.金属球B左端出现负电荷,右端出现正电荷,并且电荷量大小相等
C.若A不动,将B沿图中虚线分开,则左边的电荷量小于右边的电荷量
D.用手触摸一下B球,移去手再把A球拿走后,B球不带电
【解析】选B。由于静电感应,B球左端带负电,右端带正电,并且电荷量大小相等,只要A与B不接触,B球的总电荷量为零,故A错误,B正确;若A不动,将B沿图中虚线分开,则两边的电荷量大小相等,与划分的位置无关,故C错误;由于静电感应,B球左端带负电,右端带正电,用手触摸一下B球,大地的负电荷中和了右端的正电荷,移去手再把A球拿走后,B球带负电,故D错误。
【补偿训练】
如图所示,用带正电的绝缘棒A去靠近原来不带电的验电器B,B的金属箔张开,则 ( )
A.金属球和金属箔片均带正电
B.金属球带负电,金属箔片带正电
C.金属球带正电,金属箔片带负电
D.金属球、金属箔片均不带电
【解析】选B。用带正电的绝缘棒A去靠近原来不带电的验电器B,由于静电感应,验电器(导体)两端出现等量正负感应电荷,近端的电荷的电性与A相反,带负电,所以金属球带负电,远端的金属箔片电荷与A的电性相同,带正电荷,即金属球带负电,金属箔片带正电,故B正确,A、C、D错误。
二、计算题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
5.有两个完全相同的绝缘金属球A、B,A球所带电荷量为q,B球所带电荷量为-q,现要使A、B所带电荷量都为-,应该怎么办?
【解析】先用手接触一下A球,使A球带电传入大地,再将A、B接触一下,分开A、B,此时A、B所带电荷量都是-,再用手接触一下A球,再将A、B接触一下再分开,这时A、B所带电荷量都是-。
答案:见解析
(10分钟 20分)
6.(6分)(多选)用与丝绸摩擦过的玻璃棒接触不带电的验电器的金属球后,验电器的金属箔片张开,则下列说法正确的是( )
A.金属箔片带正电荷
B.金属箔片带负电荷
C.部分电子由金属球转移到玻璃棒上
D.部分电子由玻璃棒转移到金属球上
【解析】选A、C。与丝绸摩擦的玻璃棒带正电荷,接触不带电的验电器的金属球后,金属球上的部分电子移动到玻璃棒上,则金属箔片都带正电荷而张开,故A、C正确,B、D错误。
7.(14分)如图所示,通过调节控制电子枪产生的电子束,使其每秒有104个电子到达收集电子的金属瓶,经过一段时间,金属瓶上带有-8×10-12C的电荷量,求:
(1)金属瓶上收集到多少个电子。
(2)实验的时间为多长。
【解析】(1)金属瓶上收集的电子数目为:
N===5×107个。
(2)实验的时间:t=s=5 000 s。
答案:(1)5×107个 (2)5 000 s
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