2020-2021学年第九章 静电场及其应用1 电荷获奖课件ppt

9.1电荷

教学目标与核心素养

物理观念：关注存在元电荷的事实，知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化，构建元电荷的物理模型。

科学思维：经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。

科学探究：通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开．但对一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变。

科学态度与责任：通过对本节的学习培养学生从微观的角度认识物体带电的本质。

教学重难点

重点：静电产生的三种方式及原理,电荷守恒定律及电荷移动引起的电荷重新分配原则。

难点：利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。

教学过程

【新课引入】

公元前600年左右，古希腊学者泰勒斯就发现摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象。

公元1世纪，我国学者王充在《论衡》一书中也写下“顿牟掇芥”一语。你知道是什么意思吗？意为摩擦过的琥珀能吸引像草芥一类的轻小物体。

16世纪，英国科学家吉尔伯特在研究这类现象时首先根据希腊文的琥珀创造了英语中的“electricity”（电）这个词，用来表示琥珀经过摩擦以后具有的性质，并且认为摩擦过的琥珀带有电荷。

今天我们就来学习电荷以及使物体带电的方法等有关知识。

【新知探究】

一、电荷

1.电荷种类及其相互作用规律

演示实验：分别用丝绸摩擦过的两个玻璃棒互相靠近，观察发生的现象；再用毛皮摩擦过的硬橡胶棒靠近玻璃棒，观察发生的现象；这能说明什么问题？

现象:用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互排斥，而玻璃棒和硬橡胶棒之间却相互吸引。

解释：摩擦过的玻璃棒和硬橡胶棒都带了电荷，并且玻璃棒和硬橡胶棒带异种电荷；同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

(1)两种电荷

美国科学家富兰克林通过实验发现，雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相

同，并命名了正电荷和负电荷。

迄今为止，人们没有发现对这两种电荷都排斥或都吸引的电荷。所以自然界的电

荷只有两种：正电荷和负电荷。

①被丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷命名为正电荷，用” +“表示。

②被毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷命名为负电荷，用” - “表示。

 (2)两种电荷间的相互作用规律

同种电荷相互排斥；异种电荷相互吸引。

2.电荷量

(1)定义：电荷的多少叫作电荷量，用Q或q来表示。

(2)单位：它的单位是库仑，简称库，符号是C。正电荷的电荷量为正值，负

电荷的电荷量为负值。

(3)电荷带电多少的比较

要比较的是其电荷量的绝对值，绝对值大的带电多。尽管电荷量有正负值（正号一般省略），要知道这里的” ＋“－”号代表电荷的种类，与数学中的正负号的含义不同。

3.验电器的原理

作用：验电器是一种检测物体是否带电以及粗略估计带电量大小的仪器。

原理：由于同种电荷相互排斥，箔片将自动分开，张成 一定角度。根据两箔片张成角度的大小可估计物 体带电量的大小。

 4.物质的微观结构

(1)物质的电结构

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。

质子和中子之间有强相互作用核力的作用。离原子核较远的核外电子容易受到

外界的作用而脱离原子。

(2)金属的微观结构模型

①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。

②失去自由电子的原子便成为带正电的离子。

如图，每个正离子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。

注意：绝缘体中几乎不存在能自由移动的电荷。

二、使物体带电的方法

1.摩擦起电

(1)现象：物体由于摩擦而带电，称为摩擦起电。

(2)摩擦起电的解释

不同物质的原子核束缚电子的能力不同，电子从一个物体转移到另一个物体，  得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电，这样两个相互摩擦的物体带  上了等量异种电荷。

①玻璃棒与丝绸摩擦

②橡胶棒与毛皮摩擦

(3)摩擦起电结果：两物体带上等量异种电荷

(4)摩擦起电实质：电子转移

注意：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可  能不同。所以，不要以为摩擦过的玻璃棒总是带正电。

例如：棉布与丙烯塑料板摩擦，棉布带负电；而棉布与乙烯塑料板摩擦，棉布带正电。

2.接触起电

(1)接触起电现象

演示实验：带电的玻璃棒接触验电器的金属球，使验电器金属片张开。

现象：不带电的物体通过接触带电物体而带上电荷。

(2)接触起电的解释

①带正电的玻璃棒接触验电器

②带负电的橡胶棒接触验电器

结论：接触起电原因：电子从相对较多的物体传到相对较少的物体。

(3)接触起电结果：原来不带电的物体带上与带电体同种的电荷

(4)接触起电实质： 电子转移

3.感应起电 

演示实验：观察静电感应现象

①一对用绝缘柱支持的导体A 和B，使它们彼此接触。它们不带电，贴在下部的两片金属箔是闭合的。

②手握绝缘棒，把带正电荷的带电体C 移近导体A，观察金属箔有什么变化？

现象：金属箔由闭合变为张开，表明导体A、B两端都带了电。

③手持绝缘柱把导体A 和B 分开，然后移开C，金属箔又有什么变化？再让导体A 和B 接触，又会看到什么现象？

现象： 先把A和B分开，然后移去C时，A和B两端的金属箔仍然张开，但张角却有些变小了，再让A和B接触，可以看到A、B两端的金属箔都闭合了。

归纳小结：

(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)感应起电的结果   感应电荷：近异远同

(4)感应起电实质： 电子的转移

【例1】 下列关于起电的说法错误的是( C )

A.不管是何种起电方式，都要遵循电荷守恒定律

B.摩擦起电时，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电

C.一个带电体接触一个不带电的物体，则两个物体带上等量异种电荷

D.摩擦和感应都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分

【例2】如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带负电的小球，下列说法正确的是(              AB)

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，然后移走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上的金属箔片已闭合

三、电荷守恒定律

 1.电荷守恒定律

无论是摩擦起电还是感应起电都没有创造电荷，只是电荷的分布发生了变化，电荷并没有产生和消失。

电荷守恒定律：

表述一：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。

表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。

理解：电中和现象，只是电荷转移后，物体内部各自的正负电荷相等，对外不显电性，电荷本身并没有消失。

2.电荷再分配：相同带电小球接触后总电荷量平分

四、元电荷

1.元电荷

实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量，人们把这个最小的电荷

量叫元电荷。用e表示。

质子、正电子所带的电荷量与它相同，电性相反。

所有带电物体的电荷量均为元电荷e的整数倍，电荷量是不连续的物理量。

2.元电荷的数值

最早由美国科学家密立根用油滴实验测得。

公认值为e＝1.602 176 634×10 -19 C，在计算中，可取e＝1.60×10 -19 C

3.元电荷是电荷量的单位，不是指某种电荷。

质子、电子的电荷量数值皆为1.60×10－19 C，但它们不叫元电荷，它们电荷量的绝对值才叫元电荷。

3.比荷

电荷的电荷量q与其质量m的比值q/m。单位：C/kg

如：电子的质量me ＝9.1×10 -31 kg，电荷量e=1.60×10 -19C

电子的比荷为：

【例3】科学家在研究原子、原子核及基本粒子时，为了方便， 常常用元电荷作为电量的单位，关于元电荷，下列论述正确的是( BCD )

A.把质子或电子叫元电荷。

B.1.60×10-19C的电量叫元电荷。

C.电子带有最小的负电荷，其电量的绝对值叫元电荷。

D.质子带有最小的正电荷，其电量的绝对值叫元电荷。

【例4】绝缘细线上端固定，下端挂一个轻质金属小球a；在a旁有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图所示，现使b带电，则(B              )

A.b将吸引a，吸住后不放开

B.b先吸引a，接触后又把a排斥开 a

C.a、b之间不发生相互作用

D.b立即把a排斥开

【例5】用一根与毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金 属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒，这时验电器小球a和金箔b的带电情况是（   C ） 

A.a带正电，b带负电 c

B.a带负电，b带正电

C.a、b均带正电

D.a、b均带负电

【课堂小结】

1.自然界的电荷只有两种：正电荷和负电荷。

2.同种电荷相互排斥；异种电荷相互吸引。

3.使物体带电的方式：摩擦起电、感应起电、接触起电。

4.电荷守恒定律

5.实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量，人们把这个最小的电荷量叫作元电荷。

6.所有带电体的电量等于电荷量e或电荷量e的整数倍。

7.比荷：电荷的电荷量q与其质量m的比值q/m

【随堂演练】

1.根据电荷守恒定律，使两个相同的金属球A、B分别带+5q和-q的电荷，把它们接触后分开，则A带电量为（ B ）

A．-4q      B．+2q       C．+4q      D．-2q

2.元电荷是（ A    ）

A.电荷量   B．点电荷    C．电子      D．质子

3.关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法正确的是（ B）

A．摩擦起电现象说明通过做功可以创造电荷

B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体

C.感应起电说明带电的物体可以使不带电的物体创造电荷

D.感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了

4.关于摩擦起电、接触起电、感应起电，下列说法中不正确的 是（ B ）

A.三种方式的实质是一样的，都是电子的转移

B.三种方式都产生了新电荷

C．三种方式都符合电荷守恒定律

D.摩擦起电、接触起电要求都要接触，而感应起电不要接触

5.下列关于静电的说法中正确的是( D )

A.摩擦起电创造了电荷

B.丝绸摩擦过的玻璃棒带负电荷

C.普通验电器能直接检测物体带有何种性质的电荷

D．电荷量存在某最小值

6.下列说法正确的是（ D ）

A.物体所带的电荷量可以为2×10 -19 C

B.不带电的物体上，既没有正电荷也没有负电荷

C.摩擦起电的过程，是靠摩擦产生了电荷

D.利用静电感应使金属导体带电，实质上是导体中的自由电子趋向或远离带电体

7.如图所示，用绝缘柱支持的导体A和B彼此接触，起初它们不带电，贴在两端下部的金属箔是闭合的．把带正电的物体C移近A端，然后把A和B分开较远的距离，再移去C，则（ D ）

A．C移近A端时，A端的金属箔张开，B端的金属箔闭合．

B.  C移近A端时，A端的金属箔闭合，B端的金属箔张开

C．A和B分开，移去C后，B端的金属箔会立即闭合

D．A和B分开，移去C后，A端的金属箔仍会张开

8.如图所示，把带正电金属球A，靠近不带电的验电器B，则(   D)

A．验电器金属箔片不张开，因为球A没有和B接触

B．验电器金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电

C．验电器金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电

D．验电器金属箔片张开，因为验电器金属箔片带上了正电