新教材2021-2022学年高中物理人教版必修第三册课件：第9章 1.电荷48 张PPT

1.电荷
课标定位
1.知道自然界中的两种电荷及其相互作用。
2.了解使物体带电的三种方式。
3.理解电荷守恒定律,能运用电荷守恒定律分析摩擦起电和感应起电现象。
4.知道电荷量的概念及其单位,知道元电荷的值。
素养阐释
1.通过对电荷量、元电荷、比荷和静电感应的理解,形成物理观念。
2.通过原子结构模型和电荷守恒定律的知识分析静电现象,培养科学思维。
3.通过探究使物体带电的方法,培养科学探究能力。
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、电荷
1.摩擦起电:很多物体都会由于摩擦而带电,这种方式为摩擦起电。
2.两种电荷:美国科学家富兰克林命名了正电荷和负电荷。自然界的电荷只有两种。
3.电荷量:电荷的多少叫作电荷量。在国际单位制中,它的单位是库仑,简称库,符号是C。
4.物质的电结构
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。
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。
5.“当物体不带电时,物体内部就没有电荷”这种说法对吗?
提示:不对。当物体不带电时,物体内部也存在电荷,只不过正电荷数量与负电荷数量相等。
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趋向或远离带电体,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。
2.感应起电:利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。
3.为什么导体能够产生明显的感应起电现象而绝缘体却不能?
提示:因为绝缘体中几乎没有自由移动的电荷。
三、电荷守恒定律
1.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。这个结论叫作电荷守恒定律。
2.更普遍的表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的 代数和保持不变。
四、元电荷
1.元电荷:最小的电荷量叫作元电荷,用e表示。所有带电体的电荷量都是e的整数倍。元电荷e的数值,最早是由美国物理学家密立根测得的。在计算中,可取e=1.60×10-19 C。?
2.电子的比荷:电子的电荷量e与电子的质量me之比,叫作电子的比荷。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)两物体摩擦后,一定带等量异种电荷。(　　)
(2)利用静电感应使金属导体带电的过程叫作感应起电。
(　　)
(3)元电荷就是质子或电子。(　　)
(4)元电荷是跟电子所带电荷量数值相等的电荷量。(　　)
×
√
×
√
2.下列三幅图分别表示使物体带电的方式,试说明图甲、图乙、图丙分别代表哪种起电方式。
提示:题图甲为摩擦起电,题图乙为接触起电,题图丙为感应起电。
3.“电荷中和”是电荷消失了吗?“中和”过程中电荷守恒定律还成立吗?
提示:不是。“电荷中和”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,最后都达到电中性状态的一个过程,在此过程中电荷仍然守恒。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
知识点三
三种起电方式的理解
问题引领
如图所示,取一对用绝缘柱支撑的导体A和B,使它们彼此接触。起初它们不带电,贴在下部的金属箔片是闭合的。



(1)把带正电荷的物体C移近导体A,金属箔片有什么变化?
(2)这时把A和B分开,然后移去C,金属箔片有什么变化?
(3)再让A和B接触,会看到什么现象?
提示:(1)C移近导体A,两侧金属箔片都张开。
(2)金属箔片仍张开,但张角变小。
(3)A、B接触,金属箔片都闭合。
归纳提升
1.三种起电方式的比较
2.三种起电方式的本质
三种起电方式都不是创造了电荷,只是电荷从一个物体转移到了另一个物体,或者从物体的一部分转移到了另一部分,它们的本质都是电荷的转移,电荷总量保持不变。
典型例题
【例题1】 如图所示,不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金属箔片。当枕形导体的A端靠近一带正电的导体C时,以下说法正确的是(　　)
A.A端金属箔片张开,B端金属箔片闭合
B.用手触摸枕形导体后,A、B端金属箔片均闭合
C.用手触摸枕形导体后,先后将手和C移走,两对金属箔片均张开
D.用手触摸枕形导体后,先后将手和C移走,两对金属箔片带异种电荷
答案:C
解析:根据静电感应现象,带正电的导体C靠近枕形导体的A端时,A端带负电,B端带正电,两对金属箔片均带同种电荷相互排斥而张开,选项A错误;用手触摸枕形导体后,B端不再是最远端,B端不带电,金属箔片闭合,但A端仍带负电,金属箔片仍然张开,选项B错误;用手触摸枕形导体后,只有A端带负电,先后将手和C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端均带负电,两对金属箔片均张开,选项C正确,选项D错误。
感应起电的两大特点
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,远离带电体的一端感应出与带电体电性相同的电荷。
2.等量异种:用带电体靠近不带电的导体时,会在原不带电的导体两端感应出等量异种电荷。
【变式训练1】 (多选)如图所示,将用毛皮摩擦过的带负电的橡胶棒,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.将橡胶棒移近甲球,甲球带正电,
乙球带负电,移走橡胶棒,两球都不再带电
C.将橡胶棒移近甲球,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
答案:BC
解析:橡胶棒与毛皮摩擦时,毛皮上的电子转移到橡胶棒上,橡胶棒带负电,A错误;橡胶棒靠近甲球时,发生感应起电,甲球带正电,乙球带负电,移走棒后,两球上的电荷中和,都不带电,若先分开两球再移走棒,两球上的电荷不能中和,甲、乙两球仍带电,故B、C正确;橡胶棒与甲球接触,是接触起电,两球都带上负电,分开两球,仍都带负电,D错误。
电荷守恒定律的理解与应用
问题引领
下图为带有等量异种电荷的相同的金属球A和B。当两金属球接触时,电荷发生怎样的变化?
提示:两金属球接触时,金属球B中的电子移向金属球A,中和了金属球A上的正电荷。
归纳提升
1.“中性”与“中和”的理解
(1)中性:物体内有电荷存在,但正、负电荷的绝对值相等,对外不显电性。
(2)中和:两个带有等量异种电荷的带电体相接触达到电中性的过程。
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之一,任何电现象都不违背电荷守恒定律,它也是近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律。如:由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子,一对正、负电子可同时湮灭,转化为光子。在这种情况下,带电粒子总是成对产生或湮灭,电荷的代数和不变。
3.两个完全相同的导体的电荷分布规律
(1)两个完全相同的导体,一个带电,另一个不带电。当两个导体接触后再分开时,两导体所带的电荷量相等,都等于原来带电导体所带电荷量的一半。如图所示。
(2)两个完全相同的导体,都带有一定量的电荷。设两导体的电荷量分别为Q1、Q2,当两导体接触后再分开时,它们都带有 的电荷量,式中电荷量Q1、Q2均包含正负号。如图所示。
典型例题
【例题2】 两个相同的金属小球A、B带有相等的电荷量,且电性相同,相隔一定距离,现让第三个与A、B完全相同的不带电的金属小球C先后与A、B球接触后移开,则接触后A、B两球的电荷量之比是(　　)
A.1∶3 B.3∶1
C.2∶3 D.3∶2
答案:C
电荷的分配规律
1.两个大小完全相同的带同种电荷的金属球接触时,电荷平均分配。
2.两个大小完全相同的带异种电荷的金属球接触时,电荷先中和,剩余电荷再平分。
3.两个大小、形状完全相同的非球形带电金属导体接触时,也符合上述规律。
【变式训练2】 甲、乙、丙三物体都不带电,今使甲、乙两物体相互摩擦后,乙物体再与丙物体接触,最后,得知甲物体带1.6×10-15 C正电荷,丙物体所带电荷量的大小为8×10-16 C。则对于最后乙、丙两物体的带电情况,下列说法正确的是
(　　)
A.乙物体一定带1.6×10-15 C负电荷
B.乙物体可能带2.4×10-15 C负电荷
C.丙物体一定带8×10-16 C正电荷
D.丙物体一定带8×10-16 C负电荷
答案:D
解析:由于甲、乙、丙原来都不带电,甲、乙相互摩擦导致甲失去电子而带1.6×10-15 C的正电荷,则乙物体得到电子带1.6×10-15 C的负电荷;乙物体再与不带电的丙物体相接触,使一部分负电荷转移到丙物体上,故乙、丙两物体都带负电荷,由电荷守恒定律可知乙物体最终所带电荷量为1.6×10-15 C-8×10-16 C=8×10-16 C,故D正确。
对元电荷的理解
问题引领
物体所带的电荷量可以是任意的吗?物体所带的电荷量可以是4×10-19 C吗?
提示:物体所带的电荷量不是任意的,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,所以物体所带的电荷量不能是4×10-19 C。
归纳提升
1.元电荷是自然界中最小的电荷量,用e表示,通常取e=1.60×10-19 C,任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。
2.元电荷等于电子所带的电荷量,也等于质子所带的电荷量,元电荷没有正负之分。
3.电子、质子等微粒不是元电荷。
典型例题
【例题3】 下列关于元电荷的说法不正确的是(　　)
A.元电荷实质上是指电子和质子本身
B.所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍
C.元电荷的数值通常取作e=1.60×10-19 C
D.元电荷e的数值最早是由美国物理学家密立根用实验测得的
答案:A
解析:元电荷实际上是指电荷量,数值通常取1.60×10-19 C,不要误以为元电荷是指电子或质子等某具体的带电物质,故A错误,C正确。宏观上所有带电体的电荷量一定是元电荷的整数倍,故B正确。元电荷的数值最早是由密立根用油滴实验测得的,故D正确。
【变式训练3】 小华有一次做练习题时,发现有一个电荷量的值看不清,于是拿去问老师,如果你是老师,你认为该数值可能是(　　)
A.6.2×10-19 C B.6.4×10-19 C
C.6.6×10-19 C D.6.8×10-19 C
答案:B
解析:任何带电体的电荷量都是元电荷e=1.60×10-19 C的整数倍,6.4×10-19 C是e的4倍,故该看不清的数值可能是B项。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(三种起电方式的理解)关于摩擦起电现象,下列说法正确的是(　　)
A.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生了电子和质子
B.两种不同材料的绝缘体相互摩擦后,可以带上不等量异种电荷
C.摩擦起电,可能是由摩擦导致质子从一个物体转移到另一个物体造成的
D.丝绸摩擦玻璃棒时,电子从玻璃棒上转移到丝绸上,玻璃棒因质子数多于电子数而显正电
答案:D
解析:摩擦起电的实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不相同,因而电子可以在物体间转移。若一个物体失去电子,其质子数就会比电子数多,物体带正电;若一个物体得到电子,其质子数就会比电子数少,物体带负电。两种不同材料的绝缘体相互摩擦,带等量异种电荷。故D正确。
2.(元电荷的理解)下列说法正确的是(　　)
A.元电荷就是电子
B.带电体的电荷量不一定都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
答案:D
解析:本题考查对元电荷的理解。元电荷是最小的电荷量,与电子所带的电荷量相同,故A错误;所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍,这就是说,电荷量是不能连续变化的物理量,故B、C错误;元电荷的值通常取1.60×10-19 C,故D正确。
3.(感应起电的特点)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,下列验电器上感应电荷的分布情况正确的是(　　)
答案:B
解析:把带电金属球靠近不带电的验电器,若金属球带正电,则验电器上的自由电子被吸引上来,使得验电器的上部带负电,金属箔片带正电;若金属球带负电荷,则验电器上的自由电子将被排斥到最远端,使得验电器的上部带正电,金属箔片带负电。故选项B正确。
4.(电荷守恒定律的应用)有两个完全相同的带电金属小球A、B,所带电荷量分别为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,转移了多少个电子?
答案:电子由小球B转移到小球A　3.0×1010
解析:两金属小球接触过程中,由于B球带负电,其上多余的电子将转移到A球上,中和A球上的一部分正电荷,直至B球为中性,此时,由于A球上还有正电荷,故B球上的电子会继续向A球转移,直至两球带上等量的正电荷。
接触后两小球各自所带的电荷量