高中物理人教版 (新课标)选修31 电荷及其守恒定律学案设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修31 电荷及其守恒定律学案设计，共9页。

1 电荷及其守恒定律








eq \([先填空])


1．两种电荷：自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷．


2．电荷间的作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．


3．原子


(1)原子结构：原子eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(原子核\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(质子：带正电,中子：不带电)),核外电子：带负电))


(2)原子电性：原子核的正电荷的数量与核外电子负电荷的数量相等，整个原子对外界较远的位置表现为电中性．


(3)离子的电性：失去电子的原子为带正电的离子；得到电子的原子为带负电的离子．


4．常见的两种起电方式


(1)摩擦起电：两个物体相互摩擦时，一些被原子核束缚得不紧的电子从一个物体转移到另一个物体，使得原来呈电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电的现象．


(2)感应起电：


①自由电子：金属中离原子核较远的能脱离原子核的束缚而在金属中自由活动的电子．


②静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间的相互排斥或吸引，导体中的自由电荷便会远离或趋向带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷的现象．


③感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程．


eq \([再判断])


1．摩擦起电、接触起电这两种方式都能使绝缘体带电．(×)


2．静电感应现象是导体内部电荷的重新分布，显现出了电性．(√)


3．接触带电的实质是电荷的转移．(√)


eq \([后思考])


1．“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．


2．为什么导体能够感应起电而绝缘体却不能？


【提示】 因为绝缘体中几乎没有自由移动的电荷．





eq \([合作探讨])





甲 乙 丙


图1­1­1


如图所示的图甲、图乙、图丙分别表示使物体带电的一种方式．


探讨1：试说明图甲、图乙、图丙分别代表哪种起电方式？


【提示】 图甲为摩擦起电、图乙为接触起电、图丙为感应起电．


探讨2：图甲中玻璃棒带什么电荷？其带电的原因是什么？


【提示】 玻璃棒带正电．原因是摩擦过程中玻璃棒失去电子．


eq \([核心点击])


1．三种起电方式对比





2．三种起电方式分析


(1)摩擦起电过程分析：


分析摩擦起电问题时应明确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，转移的只能是负电荷即电子．带正电的物体一定失去了电子，带负电的物体一定获得了电子．


(2)接触起电过程中电子转移的规律分析


①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．


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．


(3)感应起电方法分析


方法(一)：


①将导体靠近带电体，导体内的自由电子受到带电体的作用力而定向移动，使导体中的正、负电荷分离；


②将导体分离后再移走带电体，则导体上两部分分别带上等量异种电荷．


方法(二)：


①将一个导体移近带电体，用手接触一下导体(或用导线将导体接地)；


②移走带电体，则导体带上异种电荷．


无论接触导体的哪一个位置都会得到相同的结论，因为接地时导体与大地连为一体，地球是远离带电体的一端．





1．(多选)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1­1­2所示，由此对摩擦起电的说法正确的是( )


【导学号：34522000】





图1­1­2


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物体摩擦，该物体的带电荷种类可能不同


【解析】 两物体摩擦时得失电子取决于原子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物体摩擦，带电种类可能不同，D正确．


【答案】 CD


2．(多选)如图1­1­3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( )


【导学号：34522001】





图1­1­3


A．毛皮与橡胶棒摩擦时，橡胶棒上的正电荷转移到毛皮


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，是毛皮上的电子转移到橡胶棒，而使橡胶棒带负电，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，若先移开两球再移走棒，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，两球都带上负电荷，分开两球，仍都带负电，D错误．


【答案】 BC





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．











eq \([先填空])


1．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物体或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．


2．元电荷


(1)电荷量：


它表示电荷的多少，其单位是“库仑”，简称“库”，用C表示．


(2)元电荷：


①最小的电荷量叫做“元电荷”，用e表示，则e＝1.60×10－19 C.


②对元电荷的两点理解：a.电荷量不能连续变化，因为最小的电荷量为1.60×10－19 C，自然界中带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍；b.质子及电子所带电荷量的绝对值与元电荷相等，但不能说它们是元电荷．


3．比荷


比荷即电荷量与质量的比，电子的比荷为eq \f(e,me)＝1.76×1011 C/kg.


eq \([再判断])


1．元电荷没有正负之分．(√)


2．元电荷实质上是指电子和质子本身．(×)


3．一个带正电的金属球与一个不带电的金属球接触，带正电的金属球电荷量减少是因为带正电的金属球的部分正电荷转移到不带电的金属球中．(×)


eq \([后思考])


摩擦起电与感应起电有什么不同？本质相同吗？


【提示】 摩擦起电发生于两个绝缘体间，失电子的带正电，得电子的带负电；感应起电源于有带电体靠近导体，导体内的自由电子在导体内部发生了转移．摩擦起电过程两物体必须接触，感应起电时带电体一定不能与导体接触．两种起电方式的本质相同，都是电荷发生转移的结果，都符合电荷守恒定律．





eq \([合作探讨])


如图1­1­4所示，为带有等量异种电荷的相同的金属球A和B.





图1­1­4


探讨1：两金属球接触时，电荷发生了怎样的变化？


【提示】 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．


探讨2：两球接触后发生了电荷的中和，是电荷消失了吗？


【提示】 不是，电荷中和时，电荷并没有消失，只是正、负电荷数值相等，对外不显电性．


eq \([核心点击])


1．物体带电的实质：物体带电不是创造了电荷，物体不带电也不是消灭了电荷．物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间或物体内部电荷的重新分配．摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律．


2．“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接触发生电中性的过程．


3．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，任何电现象都不违背电荷守恒定律．


4．两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，都等于原来电荷量的一半．


(2)两个完全相同的导体，都带有一定量的电荷，若两带电体的电荷量分别为Q1、Q2，则它们接触后再分开都带有eq \f(Q1＋Q2,2)的电荷量，式中电荷量Q1、Q2均包含它们的正负号．如图1­1­5所示．





图1­1­5





3．保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务，盗版书籍影响我们的学习效率甚至给我们的学习带来隐患．小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个关键数字看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列几个数字中的( )


A．6.2×10－19 CB．6.4×10－19 C


C．6.6×10－19 CD．6.8×10－19 C


【解析】 电荷量必须是元电荷e＝1.60×10－19C的整数倍，6.4×10－19C是e的4倍，故看不清的关键数字可能是B项．


【答案】 B


4．两个相同的金属小球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，求接触后A、B两球的电荷量之比是( )


【导学号：34522002】


A．1∶3B．3∶1


C．2∶3D．3∶2


【解析】 设A、B球的电荷量都为q，则A、C接触后A球的电荷量为eq \f(q,2)，C球的电荷量为eq \f(q,2)，C球与B球接触后，电荷量重新分配，则B上的电荷量为eq \f(q＋\f(q,2),2)＝eq \f(3,4)q，所以接触后A、B两球的电荷量之比为eq \f(q,2)：eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)q))，即2∶3，C正确．


【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．


学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道自然界中只存在两种电荷，知道电荷间的相互作用．


2．了解使物体带电的方法，会从物质微观结构的角度认识物体带电的本质．(难点)


3．理解电荷守恒定律．(重点)


4．知道电荷量和元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化.
电 荷
方式
摩擦起电
感应起电
接触起电
产生及条件
两种不同物体摩擦时
导体靠近带电体时
导体与带电导体接触时
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，且电性与原带电体“近异远同”
导体上带与带电体相同电性的电荷
原因
不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子得失
导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)
电荷之间的相互排斥
实质
均为电荷在物体之间或物体内部的转移
电 荷 守 恒 定 律 及 元 电 荷