教科版高中物理选修3-1课件第1章第一节

今天所做之事，勿候明天；自己所做之事，勿候他人。

要做一番伟大的事业，总得在青年时代开始。

——歌德　§1.1　电荷　电荷守恒定律1．了解摩擦起电，知道两种电荷，知道电荷量．2．知道物质的原子结构，知道元电荷．3．了解电荷守恒定律，并能运用其进行简单现象的分析．4．知道静电感应和感应起电．重点难点重点：对感应起电、起电的实质与电荷守恒定律的理解．难点：通过理论探究，归纳出物体带电的实质和电荷守恒定律．1．摩擦起电、两种电荷(1)摩擦起电：通过________使物体带电的方法称为摩擦起电．(2)实验表明自然界只存在两种电荷：________和________．同种电荷相互________，异种电荷相互________．美国科学家富兰克林把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫________，毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫________．(3)电荷的多少叫做________，简称为电量．在国际单位制中，电荷量的单位是________，用字母________表示．常用的单位还有微库(μC)和纳库(nC)，并且1 μC＝________C，1 nC＝________C.2．摩擦起电的解释两物体互相摩擦时，一个物体的原子中有一些________挣脱原子核的束缚并转移到另一个物体上，失去电子的物体显示出带________，而得到电子的物体显示出带________．3．电荷守恒定律电荷既不能被________，也不能被________，它们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________．4．静电感应与感应起电当一个带电导体靠近另一不带电导体时，导体中的________发生移动，原来不带电的导体中靠近带电体的一端带上与带电体________(填“同种”或“异种”)的电荷，远离的一端带________(填“同种”或“异种”)的电荷，这种现象叫静电感应．利用静电感应使导体带电的方法称为________．主题1：接触起电情景：取两个验电器A和B，刚开始它们相距较远．用起电机使验电器B的箔片张开，用带有绝缘柄的金属小球d(不带电)跟验电器B的金属球接触，然后让d跟验电器A的金属球接触，经过若干次后，可看到A 的箔片张开，同时B的箔片张角减小．问题：(1)上述情景中使验电器A起电的方式与教材实验1、2中的起电方式是否相同？如果不同，请说明各属于哪种起电方式．(2)验电器A是怎样带上电荷的？验电器A与验电器B所带的电性相同还是相反？主题2：摩擦起电的解释问题：丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电，如何从微观的角度进行解释？主题3：感应起电(重点探究)情景：如图甲所示，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，贴在下方的金属箔是闭合的．问题：(1)把带正电荷的球C移近导体A，金属箔有什么变化？说明什么问题？(2)保持C不动，先把A和B分开，然后移去C，金属箔是否有什么变化？(3)再让A和B接触，又会看到什么变化？说明什么？主题4：电荷守恒定律、元电荷问题：阅读教材中的小资料“元电荷”和“电荷守恒定律”，思考并回答下列问题．(1)有人说质子和电子都是元电荷，这种说法对吗？有没有可能一个粒子的电荷量为4.0×10－19 C？为什么？(2)电中性物体中有无电荷存在？所谓“电荷的中和”是不是正负电荷一起消失了？对于“电荷的总量保持不变”中的“电荷的总量”你是怎么理解的？一、感应起电例1　如图所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且跟地绝缘．下列关于两导体球带电情况的说法正确的是( )A．先把两球分开，再移走棒，则乙带负电B．先移走棒，再把两球分开，则两球均带正电C．使棒与甲球瞬时接触，再移走棒，则两球均带负电D．先使乙球瞬时接地，再移走棒，则两球均带正电二、摩擦起电例2　材料不同的物体相互摩擦后会带电，某同学为了探究一些材料对电子的束缚能力而设计了如下实验：①用毛皮分别摩擦橡胶棒和玻璃棒，摩擦后的玻璃棒与橡胶棒相互吸引；②用聚乙烯材料的物体摩擦不带电的橡胶棒，摩擦后的橡胶棒与用毛皮摩擦后的玻璃棒相互排斥．根据以上实验现象，将毛皮、橡胶、玻璃、聚乙烯这几种材料对电子的束缚能力按照由强到弱的顺序排序，其中正确的是( ) A．聚乙烯、橡胶、毛皮、玻璃B．玻璃、毛皮、橡胶、聚乙烯C．橡胶、聚乙烯、毛皮、玻璃D．无法确定三、电荷守恒定律的应用例3　有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量Q A＝6.4×10－9C、Q B＝－3.2×10－9C．让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少个？1．(考查摩擦起电、感应起电的实质)下列关于物体带电的说法正确的是( )A．静电感应不是创造电荷，而是电荷从物体的一部分转移到另外一部分B．摩擦起电前，两物体都不带电，说明两物体内都没有电荷C．摩擦起电时，一个物体得到一些电子而带正电，另一物体失去一些电子而带负电D．一个带电物体跟另一个不带电物体接触，两物体可能带上异种电荷2．(考查摩擦起电)用不带电的棉布分别与不带电的丙烯塑料板和不带电的乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示．由此判断下列关于摩擦起电的说法正确的是( )A．两个物体摩擦起电时，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都不同的电荷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，该物体所带电荷种类可能不同3．(考查感应起电、电荷间的作用)如图所示，挂在绝缘细线下的轻质小球，由于电荷的相互作用而靠近或远离，所以( )A．甲图中的两球一定带异种电荷B．乙图中的两球一定带同种电荷C．甲图中的两球可能只有一个带电D．乙图中的两球可能只有一个带电4．(考查感应起电、接触起电、电荷守恒)如图所示，用绝缘细线悬挂一轻质小球b，并在b球表面镀有一层金属膜，在b球旁边有一金属球a，开始时a、b均不带电．若给a球带电，则( )A．a将吸引b，吸住后不放开B．a把b排斥开C．a先吸引b，接触后又把b排斥开D．a、b之间不发生相互作用参考答案：1．(1)摩擦　(2)正电荷　负电荷　排斥　吸引　正电荷　负电荷　(3)电荷量　库仑　C　10－6　10－92．外层电子　正电　负电3．创造　消灭　另一部分4．自由电子　异种　同种　感应起电主题1：接触起电解答：(1)起电方式不同．教材实验1、2、中的起电方式为摩擦起电，上述情景中使验电器A起电的方式称为接触起电．(2)当金属球d与验电器B的金属球接触时，由于自由电子的转移使金属球d带上与验电器B相同的电荷；当金属球d与验电器A的金属球接触时，由于自由电子的转移使验电器A带上与金属球d相同的电荷，结果验电器A与验电器B带上同种电荷．主题2：摩擦起电的解释解答：构成物质的原子本身就是由带电微粒组成的．原子包括原子核(质子和中子)和核外电子．不同物质的原子核束缚电子的能力不同，所以在摩擦过程中，束缚电子能力强的原子核相对束缚电子能力弱的原子核易获得电子而带负电，束缚电子能力弱的原子核易失去电子而带正电．因此，摩擦起电的原因实质上是电子的转移，电荷的总量保持不变，产生的结果是两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷．(说明：只有不同的绝缘物质间的摩擦才会起电)主题3：感应起电(重点探究)问题：(1)把带正电荷的球C移近导体A，金属箔有什么变化？说明什么问题？(2)保持C不动，先把A和B分开，然后移去C，金属箔是否有什么变化？(3)再让A和B接触，又会看到什么变化？说明什么？解答：(1)会发现A、B上的两金属箔片均张开，表明A、B两导体均带了电．(2)分开A、B再移走C后，可以看到金属箔仍张开(如图乙所示)，说明A、B仍带电．(3)再次让A和B接触后，会发现A、B上的两金属箔片均闭合，表明A和B分开后所带的是异种电荷，且异种电荷是等量的．主题4：电荷守恒定律、元电荷解答：(1)质子或电子所带电荷量叫元电荷．元电荷并非一个粒子，质子和电子不能说是元电荷．不可能．任何一个粒子所带的电荷量都应该是元电荷的整数倍，而电荷量4.0×10－19 C不是元电荷的整数倍．(2)电中性物体中是有电荷存在的，只是电荷的代数和为0；“电荷的中和”是指两种电荷的数量相等，这时正负电荷的代数和为0；“电荷的总量”是指电荷的代数和．一、感应起电例1　【分析】甲、乙两个导体球互相接触时就相当于一个导体，甲在带电绝缘的近端，乙在远端．感应起电的关键是保持绝缘棒不动而先将两导体球分开，然后再移走带电绝缘棒．【解析】由于静电感应，甲球感应出正电荷，乙球感应出负电荷，把两球分开后，它们带上了等量异种电荷，所以A正确；若先将棒移走，则两球不会有静电感应现象产生，所以不会带上电荷，B错误；使棒与甲球接触，则两球会因接触而带上负电荷，所以C正确；若使乙球瞬时接地，则乙球上感应出的负电荷因受斥力而被导走，再将棒移走，由于甲、乙是接触的，所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上，结果是两球都带上了正电荷，所以D正确．【答案】ACD【点拨】无论哪种起电方式都是电荷发生转移，并没有创造新的电荷：①感应起电是由于电荷间的相互作用，同种电荷相斥、异种电荷相吸使电荷在导体中转移；②接触起电时，两球所带电的电性与带电棒的电性相同．二、摩擦起电例2【分析】解答本题时应注意以下几个方面：摩擦起电过程中电荷守恒；相互摩擦的过程中，束缚电子能力强的物体获得电子带负电，束缚能力弱的物体失去电子带正电．【解析】毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带负电．步骤①，用毛皮分别摩擦后的玻璃棒与橡胶棒相互吸引，说明玻璃棒带正电，即三者束缚电子的能力依次为：橡胶、毛皮、玻璃．步骤②，用聚乙烯材料摩擦后的橡胶棒与用毛皮摩擦后的玻璃棒相互排斥，说明橡胶棒带正电，即聚乙烯束缚电子的能力强于橡胶．所以总的顺序为：聚乙烯、橡胶、毛皮、玻璃，故A正确．【答案】A【点拨】当两个不同材料的绝缘体相互摩擦时，物体带正电还是带负电取决于对电子束缚能力的相对强弱，我们知道毛皮摩擦橡胶棒时橡胶棒带负电，但不是用任何材料的物体摩擦橡胶棒后橡胶棒都带负电．三、电荷守恒定律的应用例3　【分析】当两个完全相同的金属小球接触时，电荷量少的负电荷先被中和，剩余的电荷再重新分配．注意金属中只有电子是可以转移的．【解析】根据电荷守恒定律，当两小球接触时，电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配．由于两小球相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球所带电荷量为：Q A′＝Q B′＝＝ C＝1.6×10－9 C在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带上Q B′的正电，这样，共转移的电子电荷量为：ΔQ ＝－Q B＋Q B′＝3.2×10－9 C＋1.6× 10－9 C＝4.8×10－9 C 转移的电子数为n＝＝个＝3.0×1010个．【答案】电子由B球转移到A球　转移的电子数为3.0×1010个【点拨】两个相同金属小球相互接触后，电荷先中和后均分的过程，这是电子转移的过程．在解答接触带电的问题时要注意电荷的电性．1．【解析】静电感应的实质是电荷的转移，A对；摩擦起电前，物体不带电是指“电中性”，物体内有带正电的原子核和核外带负电的电子，只是它们的代数和为零，B错；摩擦起电时，得到电子应带负电，而失去电子会带正电，C错；带电物体与不带电物体接触，电荷会发生转移，且两物体带同种电荷，D错误．【答案】A2．【解析】两物体摩擦时得失电子取决于原子对电子束缚能力的大小，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，但数量相等，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对．【答案】CD3．【解析】若两物体相互排斥，必定带同种电荷；若两物体相互吸引，二者可能带异种电荷，也可能一个带电，另一个不带电．当只有一个物体带电时，不带电物体由于受到带电物体电荷的作用，原子内部的异种电荷趋向于靠近带电物体，同种电荷趋向于远离带电物体，这一过程类似于静电感应，因此两物体之间的吸引力大于排斥力，宏观上显示的是吸引力．综合上述，B、C选项正确．【答案】BC4．【解析】a球带电，b产生静电感应，靠近a侧出现与a异种的电荷，远离a侧出现与a同种的电荷．虽然在b上感应电荷等量、异号，但由于异种电荷距a球近，所以表现为a对b有引力作用．当a吸引b且接触后，使a、b带上同种电荷，a、b之间呈现斥力，由于相互排斥而分开．所以C正确，A、B、D错．【答案】C1．下列叙述正确的是( )A．摩擦起电是创造电荷的过程B．接触起电是电荷转移的过程C．感应起电时，由于带电体和被感应导体不接触所以一定是产生了电荷D．一对正负电子接触后，电荷会消失，这种现象叫电子的湮灭2．(2011年苏州高二检测)把一个带电棒移近一个带正电的验电器，金箔先闭合而后又张开，说明棒上带的是( )A．负电荷B．可以是正电荷，也可以是负电荷C．正电荷D．带电棒上先带正电荷，后带负电荷3．关于电荷量，下列说法错误的是( )A．物体的带电荷量可以是任意值B．物体的带电荷量只能是某些值C．物体带电荷量的最小值为1.6×10－19 CD．一个物体带1.6×10－9C的正电荷，这是它失去了1.0×1010个电子的缘故4．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开．下图中表示验电器上感应电荷的分布情况正确的是( )图1－1－35．导体A带5q的正电荷，另一完全相同的导体B带－q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则B导体的电荷量为( )A．－q B．qC．2q D．4q一、选择题1．关于摩擦起电现象，下列说法正确的是( )A．摩擦起电是用摩擦的方法将其他物质变成了电荷B．摩擦起电是通过摩擦将一个物体中的电子转移到另一个物体上C．通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，一定带有等量异种电荷D．通过摩擦起电的两个原来不带电的物体，可能带有同种电荷2．下列说法正确的是( )A．物体所带的电荷量可以为任意实数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3．如图1－1－4所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则( )图1－1－4A．验电器金箔不张开，因为球A没有和B接触B．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了正电C．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了负电D．验电器金箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电4．A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A之间都是相互吸引的，如果A带正电，则( )A．B、C都带负电B．B球带负电，C球带正电C．B、C两球中必有一个带负电，另一个不带电D．B、C两球均不带电5.绝缘细线上端固定，下端悬挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜，在a 的近旁有一绝缘金属球b，开始时a、b都不带电，如图1－1－5所示，现使b球带电，则( )图1－1－5 A．a、b间不发生相互作用B．b将吸引a，吸住后不放开C．b立即把a排斥开D．b先吸引a，接触后又把a排斥开6．M和N是两个都不带电的物体，它们互相摩擦后，M带正电荷1.6×10－19 C，下列判断正确的有( )A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷B．摩擦的过程中电子从N转移到MC．N在摩擦后一定带负电荷1.6×10－19 CD．M在摩擦过程中失去1.6×10－19个电子7．如图1－1－6所示，挂在绝缘细线下的轻质通草球，由于电荷的相互作用而靠近或远离，所以( )图1－1－6A．甲图中两球一定带异种电荷B．乙图中两球一定带同种电荷C．甲图中两球至少有一个带电D．乙图中两球至少有一个带电8．有A、B、C三个完全相同的金属球，A带1.2×10－4C的正电荷，B、C 不带电，现用相互接触的方法使它们都带电，则A、B、C所带的电荷量可能是下面哪组数据( )A．6.0×10－5C,4.0×10－5C,4.0×10－5CB．6.0×10－5C,4.0×10－5C,2.0×10－5CC．4.5×10－5C,4.5×10－5C,3.0×10－5CD．5.0×10－5C,5.0×10－5C,2.0×10－5C二、非选择题9．如图1－1－7所示，导体AB与地面绝缘，将带正电的物体C靠近AB，用手接触一下B端，放开手再移去C，则此时AB带________电；若用手接触一下A端，放开手再移去C，则此时AB带________电．图1－1－710．有两个完全相同的金属球A和B，带电量分别为q和－q，现要让A、B均带有的正电量，应怎么办？答案1. 解析：选B. 摩擦起电、接触起电、感应起电都是电荷的转移，A、C错，B对，电子“湮灭”不是电子的消失，而是一个正电子结合一个负电子后整体不再显示电性，D错．2.解析：选A. 金属箔片开始时带正电，带电棒靠近验电器时，金箔先闭合后张开，说明金箔所带正电荷被吸引而转移，而使金箔带上负电荷，所以又会张开，由此判断，带电棒带负电．3.解析：选A. 所有物体的带电荷量只能是元电荷的整数倍，所以A 错，B、C对，物体带电的本质是电荷的转移，物体少了电子带正电，带1.6 ×10－9C的正电荷，失去电子个数为＝1.0×1010个，所以D 对．4.解析：选B. 使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器发生静电感应，若金属球带正电，靠近验电器，验电器上的小球带负电，下端金属箔带等量的正电，金属箔张开，选项A、C均错误；若金属球带负电，验电器上的小球带正电，下端金属箔带等量的负电，金属箔张开，，选项B正确，选项D错误．5.解析：选C. 两个完全一样的导体接触后先中和再平分，要平分总电荷量，所以q B＝＝2q，故C对．1.解析：选BC. 由电荷守恒定律，电荷既不能创造，也不能消灭，只能从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体．在任何转移的过程中，电荷的总量不变．2.解析：选D. 自然界中的电荷量不是任意无限可分的，其最小单位为元电荷所带电荷量1.60×10－19C，故A项错．物体不带电，是由于其内部正、负电荷的量值相等，对外不显电性，故B项错．电荷既不能创造，也不能消灭，摩擦起电同样不能创造电荷，是一个物体失去电子、另一个物体得到电子的过程，故C项错．自由电子是金属导体中的自由电荷，在带电体的作用下，导体中的自由电子会趋向或远离带电体，使导体两端带等量异种电荷，选项D正确．3.解析：选D. 因球带正电，靠近验电器B，根据同种电荷相斥、异种电荷相吸的原理，验电器金箔中的电子就会被金属球A中正电荷吸引到验电器的上端小球上，所以下端的验电箔片就会带上正电．因为同种电荷相互排斥，故箔片张开，所以D正确．4.解析：选C. A和B吸引，说明B带负电或不带电，A与C吸引，说明C带负电或不带电．而B与C又吸引，说明B和C不可能同时带负电或不带电，这两个小球只能一个带负电，另一个不带电．综上所述，A、B、D错误，C正确．5.解析：选D. 不带电的小球a靠近带电金属球b时，由于静电感应，a 上将产生异种感应电荷，b对a的引力大于斥力，所以b要吸引a.当a与b 接触后，由于接触带电，a与b带上同种电荷，b要排斥a.6.解析：选C. 摩擦前M、N都不带电是因为它们均为电“中性”，而并非它们内部没有电荷，A错．摩擦后M带有1.60×10－19C的正电，说明M 失去、N得到一个电子，故B、D错．根据电荷守恒定律，N带有1.60×10－19 C的负电，C正确．7.解析：选BC. 甲图中两球相吸，则有两种情况：一种是两球带异种电荷；另一种是有一球带电，另一球不带电．所以C对，A不一定．乙图中两球相斥，则两球一定带有同种电荷，B对．8.解析：选C. 三个小球带的总电荷量为1.2×10－4C，则A错误；当A 与B球接触后，各带6×10－5C的正电荷，B与C接触后B、C各带3×10－5 C的正电荷，而A、B再接触则各带4.5×10－5C的正电荷，所以C正确；而不可能出现B、D这两种情况，所以B、D错误．9.解析：不论手接触A端还是B端，导体AB与人体、大地都构成同一导体．无论手接触A端还是B端．导体AB都是带电体，导体是近端，地球无穷远处才是远端，在带电体C的作用下发生静电感应而使AB带电．答案：负负10.解析：应用电荷均分规律，方法多样，现举两种：法一：先用手摸一下金属球B，将B上的电荷放掉，再把金属球A、B接触后再分开，则A、B两球均分电量q，各带有电量．再用手摸一下A(或B)，让两球再接触后分开，此时两球各带有的电量.法二：用一个与A、B均相同的小球C先与B接触分开，则B带有电量，再让A、B两球接触后分开，则A、B都带有的电量．。

1.1电荷及其守恒定律电荷公元前600年左右，希腊的哲学家泰勒斯记录，在用猫毛摩擦琥珀以后，琥珀会具有吸引像羽毛一类的轻小物体的性质，假若摩擦时间够久，甚至会有火花出现。

1600年，英国女王伊丽莎白一世的皇家医生威廉·吉尔伯特，以严谨的治学态度对于电磁现象做了许多细致的研究，发现琥珀不是唯一会由于摩擦而具有吸引轻小物体的物质，并首次引入了电荷的概念，认为摩擦过的琥珀带上了电荷。

由于他在电学的众多贡献，威廉·吉尔伯特被后人尊称为“电学之父”。

1729年史蒂芬·戈瑞发现了电传导，电荷可以从一个物体传导至另外一个物体。

只是不同物质的物体传导电荷的能力不同，其中，金属的能力最为优良。

从此，科学家不再认为产生电荷的物体与所产生的电荷是不可分离的，而认为电荷是一种独立存在的物质。

•电荷的分类：后来随着人们研究的深入，人们发现带上电荷的物体会存在相互排斥与相互吸引的作用。

根据这种相互作用的规律，物理学把电荷分为两种，并规定：用毛皮摩擦过的橡胶棒上所带的电荷为正电荷。

用丝绸摩擦过的玻璃棒上所带的电荷为负电荷。

•电荷间的相互作用关系：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

电荷量•电荷量：由于电荷可以从一个物体传导至另外一个物体，我们把物体所带电荷的多少叫做电荷量。

•单位：在国际制单位中它的单位是库仑，简称库，用C表示。

正电荷的电荷量为正，负电荷的电荷量为负。

•元电荷：20世纪初科学家发现，原子也有进一步的结构，它的中心是原子核，在原子核周围，有一定数目的电子在核外运动。

其中电子带负电，原子核由带正电的质子和不带电的中子构成。

科学实验最先发现单个电子所带电荷量的是最小的，随着近代物理学的发展，人们进一步发现单个质子，单个正电子所带的电荷量与单个电子所带电荷量相同，符号相反。

实验还指出所有带电体的电荷量都是这些最小电荷量的整数倍。

物理学中，一个质子所带的电荷，或一个电子所带的负电荷的量称为元电荷，或基本电荷。