9.1 电荷—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册课件34张PPT

第九章 静电场及其应用
学　习　目　标
1.通过观察摩擦起电、感应起电、电荷之间的相互作用等实验,知道自然界存在两种电荷.知道电荷量的概念及其国际单位,能从物质微观结构的角度认识使物体带电的本质,进一步提高应用物理模型解释现象的能力.
2.基于静电现象的实验事实,认识电荷守恒定律,知道什么是元电荷和比荷,体会电荷是不连续的.会用原子的结构模型和电荷守恒知识建构物理模型解释现象,体会守恒观念对认识物理规律的重要性.
1　电荷
知识点一　 电荷
答案:摩擦过的梳子带了“电”,或者说带了“电荷”.
1.用塑料梳子在干燥的头发上摩擦一会儿,然后把它靠近纸屑等轻小物体,可以发现摩擦过的梳子能够吸引轻小物体,这说明什么?
2.两种物质组成的物体互相摩擦时,为什么它们会带有不同的电荷?
答案:摩擦起电的原因:当两种物质组成的物体互相摩擦时,一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上.于是,原来电中性的物体由于得到电子而带负电,而失去电子的物体则带正电.
3.两种电荷.
(1)自然界的电荷只有两种: 电荷和 电荷.用丝绸摩擦过的玻璃棒带 电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒带 电荷.
(2)电荷间的相互作用:同种电荷相互 ,异种电荷相互
.
4.电荷量: 叫作电荷量,用Q或q表示.在国际单位制中,它的单位是 ,符号是 .
正
负
正
负
排斥
吸引
电荷的多少
库仑
C
5.为什么整个原子对外界表现为电中性?
答案:原子是由带正电的质子、不带电的中子以及带负电的电子组成的.每个原子中质子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电中性.
6.金属的微观结构模型如图所示.请用此模型解释为什么金属容易导电,而绝缘体却不容易导电.
答案:金属中原子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.
知识点二　静电感应
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 或 带电体,使导体靠近带电体的一端带 ,远离带电体的一端带
.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.
3.验电器是一种用来检测 的简单装置,也可以检测不同带电体所带电荷的种类和相对数量.如果把验电器的金属箔换成指针,并用金属制作外壳,这样的验电器又叫作 .
趋向
远离
异种电荷
同种电荷
静电感应
物体是否带电
静电计
4.请尝试总结出使物体带电的三种常用方式.
答案:接触起电、摩擦起电、感应起电.
知识点三　电荷守恒定律
1.摩擦起电和感应起电都能使原来不带电的物体带上电荷.摩擦起电和感应起电是不是创造了电荷?电中性物体中有无电荷存在?
答案:摩擦起电和感应起电都没有创造电荷,只是电荷的分布发生了变化.电中性物体中有电荷存在,只是电荷的代数和为0.
2.电荷守恒定律:电荷既不会 ,也不会 ,它只能从一个物体 到另一个物体,或者从物体的一部分 到另一部分;在转移过程中,电荷的总量 .
3.电荷守恒定律更普遍的表述是:一个与外界没有电荷交换的系统, 保持不变.
创生
消灭
转移
转移
保持不变
电荷的代数和
知识点四　元电荷
1.元电荷: 叫作元电荷,元电荷e的数值最早是由物理学家密立根测得的,在计算中,可取 e= C.
最小的电荷量
1.60×10-19
2.电子和质子是元电荷吗?
答案:不是.质子所带的电荷量及电子所带的电荷量的绝对值与元电荷相等,但不能说电子和质子是元电荷.
3.电荷量是不能 变化的物理量,自然界中带电体的电荷量都是元电荷e的 .
4.比荷:电子的 与电子的 之比,叫作电子的比荷.电子的比荷为 ????????????=1.76×1011 C/kg.
?
连续
整数倍
电荷量e
质量me
小试身手
判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).
1.两物体摩擦后,一定带等量异种电荷.(　　)
2.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,是因为正电荷从丝绸转移到了玻璃棒上.(　　)
3.物体的电荷量只能是元电荷的整数倍.(　　)
4.元电荷表示1 C电荷量.(　　)
5.元电荷是表示跟电子的电荷量(绝对值)相等的电荷量.
(　　)
6.感应起电遵从电荷守恒定律.(　　)
×
×
√
×
√
√
探究一　三种起电方式
问题情境
如图甲所示,玻璃棒与丝绸相互摩擦,它们都带了电.如图乙所示,取一对用绝缘柱支持的导体A和B,使它们彼此接触,起初它们不带电,贴在下部的两片金属箔是闭合的.
甲
乙
1.图甲是通过什么方式使物体带电的?两个绝缘体相互摩擦后为什么会带上电荷?这种起电方式的实质是什么?
答案:摩擦起电.两个物体相互摩擦时,其中一个物体失去电子,另一个物体得到电子,失去电子的物体带正电荷,得到电子的物体带等量负电荷.电荷从一个物体转移到另一个物体.
2.图乙中,如果手握绝缘棒,把带正电荷的带电体C移近导体A,导体A和B下部的金属箔有什么变化?这时手持绝缘柱把导体A和B分开,然后移开C,导体A、B分别带什么电?再让导体A和B接触,又会看到什么现象?为什么?这是哪种起电方式?
答案:手握绝缘棒,把带正电荷的带电体C移近导体A,导体A和B下部的金属箔张开.这时手持绝缘柱把导体A和B分开,然后移开C,导体A带负电荷,导体B带正电荷,且二者的电荷量相等.再让导体A和B接触,导体A和B下部的金属箔闭合;这是因为导体中的正负电荷中和.感应起电.
3.图乙中,如果手握绝缘棒,把带正电荷的带电体C与导体A接触,导体A和B下部的金属箔有什么变化?为什么有这种变化?这是哪种起电方式?
答案:导体A、B下部的金属箔张开.带电体C与导体A接触,由于受到带电体C上正电荷的吸引,电子从导体A、B转移到带电体C,导体A、B失去电子而带正电荷,所以导体A和B下部的金属箔张开.接触起电.
4.如图所示,导体A左端接地,把带正电荷的带电体C移近导体A,导体B带什么电?为什么?
答案:导体B带负电荷.导体A左端接地,导体A、B与地球构成一个大导体,地球相当于这个大导体的远端,把带正电荷的带电体C移近导体A,导体B带负电荷.
5.感应起电时判断导体带电的方法.
(1)当带电体靠近导体时,导体靠近带电体的一端带 种电荷,远离带电体的一端带 种电荷,如图甲所示.(两空均选填“同”或“异”)
(2)当带电体靠近接地的导体时,该导体与地球可视为一个大导体,而且该导体可视为近端,与带电体带 种电荷,地球可视为远端,与带电体带 种电荷,如图乙、丙所示.(两空均选填“同”或“异”)
异
同
异
同
甲
乙
丙
过程建构
三种起电方式的比较.
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}比较项
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生
条件
两种不同物质组成的物体摩擦
导体靠近带电体
导体与带电体接触
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
导体带上与带电体相同电性的电荷
原因
不同物质的原子核对电子的束缚能力不同而发生电子的转移
导体中的自由电子受带电体吸引(或排斥)作用而靠近(或远离)带电体
在电荷间的相互作用下,电子从一个物体转移到另一个物体
实质
电荷在物体之间或物体内部的转移
【典例1】(多选)如图所示,将用毛皮摩擦过的橡胶棒移近或接触两个不带电的导体球,开始时两导体球互相接触且对地绝缘,下列说法正确的是(　　)
A.毛皮与橡胶棒摩擦时,橡胶棒上的正电荷转移到毛皮上
B.橡胶棒移近甲球,甲球带正电,乙球带负电,移走橡胶棒,两球都不再带电
C.橡胶棒移近甲球,甲球带正电,乙球带负电,分开两球再移开橡胶棒,甲球带正电,乙球带负电
D.橡胶棒与甲球接触一下移开,再分开两球,甲球带负电,乙球带正电
解析:橡胶棒与毛皮摩擦时,毛皮上的电子转移到橡胶棒,而使橡胶棒带负电,选项A错误.橡胶棒移近甲球时,发生感应起电,甲球带正电,乙球带等量负电荷,移走橡胶棒后,两球上的电荷中和,都不带电;若先分开两球再移走橡胶棒,两球上的电荷不能中和,甲、乙两球仍带电,故选项B、C正确.橡胶棒与甲球接触,发生接触起电,两球都带上负电荷,分开两球,两球仍都带负电荷,选项D错误.
答案:????????
?
【变式】据某电视节目介绍,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.下列说法正确的是(　　)
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:蜜蜂吸引带正电的花粉,根据异种电荷相吸可知,蜜蜂带负电,与蜜蜂摩擦的空气带正电,故选项B正确.
答案:B
探究二　电荷守恒定律的理解及应用
问题情境
1.感应起电和摩擦起电都可以使原来不带电的物体带上电荷,感应起电和摩擦起电过程中是不是创造了电荷?
答案:感应起电的实质是电荷从物体的一部分转移到另一部分,而摩擦起电的实质是电荷从一个物体转移到另一个物体,所以在感应起电和摩擦起电过程中并没有创造电荷.
2.两个完全相同的金属球A和B分别带有等量正电荷和负电荷,当两金属球接触时,电荷发生了怎样的变化?接触后两球都不带电,电荷消失了吗?
答案:当两金属球接触时,金属球B中的电子转移到金属球A,中和了金属球A上的正电荷,由于正、负电荷数值相等,接触后两球对外不显电性,但金属球A和B组成的系统所带电荷的代数和不变,电荷没有消失.
3.对于“电荷的总量保持不变”中的“电荷的总量”怎么理解?
答案:“电荷的总量”指电荷量的代数和.
过程建构
1.对电荷守恒定律的理解.
(1)电荷守恒定律具有广泛性,它是自然界重要的基本规律之一,任何电现象都遵从电荷守恒定律.
(2)使物体带电的实质不是创造了电荷,而是电荷发生了转移,起电的过程就是物体间或物体内部的电荷重新分布的过程.
(3)导体接触带电体时电荷量的分配与导体的材料、形状等有关,两个除带电情况不同,其他完全相同的金属球接触后,电荷量将平均分配,即最后两个球带等量的同种电荷或均不带电.
2.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)迄今为止,实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量,其数值最早是由美国物理学家密立根通过“油滴实验”测得的.
(3)物体的电荷量不是任意的,它只能是元电荷的整数倍.
【典例2】完全相同的两金属小球A、B带有绝对值相同的电荷量,相隔一定的距离,现让另一个完全相同的不带电金属小球C,先后与A、B接触后移开.
(1)若A、B两球带同种电荷,接触后两球的电荷量绝对值之比为多大?
(2)若A、B两球带异种电荷,接触后两球的电荷量绝对值之比为多大?
解析:(1)设A、B的电荷量均为q,则A、C接触后,A、C的电荷量为qA=qC=????????q.
?
答案:(1)2∶3　(2)2∶1
C与B接触后,B、C的电荷量为qB=qC'=????+????????????????=????????q.
故A、B的电荷量绝对值之比为????????????????=????????????????????????=2∶3.
(2)设A带正电,B带负电,且所带电荷量的绝对值均为Q,
则C与A接触后,A、C的电荷量为QA=QC=????????Q.
C与B接触后,B、C的电荷量绝对值为QB=QC'=?????????????????????=????????Q.
故A、B的电荷量绝对值之比为????????????????=????????????????????????=2∶1.
?
两金属导体接触后电荷量的分配规律
(1)当两个导体的材料、形状不同时,两导体接触后再分开,两导体都不带电,或两导体带同种电荷,但无法确定电荷量的多少.
(2)若两个完全相同的金属导体的电荷量(绝对值)分别为q1、q2,则有
【变式】两个完全相同的金属球A、B的电荷量分别为+3q 和-q,将两球接触再分开,则B球的电荷量为(　　)
A.-q　 　　　B.q　　 　　C.2q　　 　　D.4q
答案:B
课堂评价
答案:A
1.自然界的电荷只有两种,把它们命名为正电荷和负电荷的科学家是 (　　)
A.富兰克林　　　　　　　B.法拉第
C.库仑 D.奥斯特
答案:D
2.如图所示,在用丝绸摩擦玻璃棒起电的过程中(　　)
A.通过摩擦创造了电荷
B.丝绸上的部分正电荷转移到了玻璃棒上
C.玻璃棒上的部分正电荷转移到了丝绸上
D.玻璃棒上的部分电子转移到了丝绸上
3.(多选)关于元电荷,下列说法正确的是 (　　)
A.所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍
B.元电荷是最小的带电粒子,它带正电
C.元电荷是最小的带电粒子,它带负电
D.元电荷的数值最早是由美国物理学家密立根测出的
答案:AD
4.一对用绝缘支柱支持的金属导体A和B,使它们彼此接触,起初它们不带电.现在把带正电荷的球C移近导体A,如图所示,用手触摸一下A,拿开手,同时移去C,再把A和B分开,此时A和B的带电情况是 (　　)
答案:A
A.A和B都带负电
B.A和B都不带电
C.A带负电,B不带电D.A和B都带正电
5.放在绝缘支架上的两个完全相同的金属小球A、B的电荷量分别为QA=6.4×10-9 C、QB=-3.2×10-9 C,让两个金属小球接触,在接触过程中,电子如何转移?转移了多少个?
解析:两小球接触时,负电荷先被中和,剩余的正电荷再重新分配.由于两小球完全相同,剩余正电荷一定平分,
即接触后两小球的电荷量QA'=QB'=????????+????????????=1.6×10-9 C.
在接触过程中,电子由B球转移到A球,B球自身的净电荷全部中和后,电子继续转移,使B球带QB'的正电荷,这样共转移的电荷量为ΔQ=QB'-QB=4.8×10-9 C,则转移的电子数n=????????????=
3.0×1010.
?
答案:电子由B球转移到A球　3.0×1010