教科版年高中物理(选修3-1)教师用书

1.电荷 电荷守恒定律

学

习 目 标 知 识 脉 络

1.知道摩擦起电和两种电荷．

2．了解摩擦起电的原因．(难点)

3．理解电荷守恒定律，会分析静电现象．(重点)

4．知道电荷量的概念和单位．(重点)

摩 擦 起 电、 两 种 电 荷

[先填空]

1．摩擦起电：通过摩擦使物体带电的方法称为摩擦起电．

2．两种电荷：自然界只存在两种电荷：正电荷和负电荷．

(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫做正电荷．

(2)用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫做负电荷．

3．电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．

4．电荷量：电荷的多少．在国际单位制中，它的单位是库仑，符号C.通常正电荷的电荷量用正数表示，负电荷的电荷量用负数表示，常用的电荷量单位还有微库(μC)和纳库(nC)．

1 μC＝10－6 C,1 nC＝10－9 C.

5．静电感应和感应起电

(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号电荷，远离带电体的一端带同号电荷的现象．

(2)感应起电：利用静电感应使金属导体带电的方法．

[再判断]

1．感应起电只能使物体带上与带电体异号的电荷．(×)

2．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电．(√)

3．同种电荷相互吸引，异种电荷相互排斥．(×)

[后思考] 如图1­1­1所示，不带电导体A、B相互接触．

图1­1­1

(1)将带正电的小球C放于导体A附近，导体A、B上的金属箔会张开吗？导体A、B上各带有什么电荷？

(2)将带正电的小球C拿走，导体A、B上的金属箔会发生什么现象？

【提示】 (1)会张开，A带负电荷，B带正电荷．

(2)将C拿走，金属箔闭合．

[合作探讨]

用梳子梳头时常看到梳子吸引头发的现象，有时梳子还能吸引纸屑等轻小物体．干燥的冬季脱外衣时常听到“叭叭”的声响且伴有火星，这些都是摩擦起电的结果．

图1­1­2

探讨1：摩擦起电的电荷是从哪来的？

【提示】 不同的物质相互摩擦，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电．

探讨2：有哪些起电方式？本质相同吗？

【提示】 摩擦起电，接触带电，感应起电．相同．

[核心点击]

1．三种起电方式的比较

方式 摩擦起电 感应起电 接触起电

产生

条件 两种不同的绝缘体摩擦时 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” 导体带上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) 同种电荷之间相互排斥

实质 均为电子的转移 2.摩擦起电适用于绝缘体，感应起电和接触带电适用于导体．

(多选)如图1­1­3所示，将带电棒移近两个不带电的导体球，甲、乙两个导体球开始时互相接触且对地绝缘．下述几种方法中能使两球都带电的是

( ) 【导学号：96322000】

图1­1­3

A．先把两球分开，再移走棒

B．先移走棒，再把两球分开

C．先将棒接触一下其中的一球，再把两球分开

D．移走棒，两导体球不分开

【解析】 感应起电应遵从以下几个步骤：(1)两导体彼此接触；(2)带电体移近两导体；(3)先分开两导体，再移走带电体．由此可知，A项可以使两球都带电；带电体与非带电体接触，电荷发生转移，使物体带电，C项可以使两球都带电，故选项A、C正确．

【答案】 AC

下列现象中不属于摩擦起电的是( )

【导学号：96322001】

A．将被丝绸摩擦过的玻璃棒靠近纸屑，纸屑被吸起

B．在干燥的冬季脱毛绒衣时，会听到轻微的噼啪声

C．擦黑板时粉笔灰纷纷飞扬，四处飘落

D．穿着化纤类织物的裤子走路时，裤腿上常容易吸附灰尘

【解析】 摩擦起电后物体带静电，能吸引轻小物体，也能产生火花放电，故选项C不属于摩擦起电的现象．

【答案】 C

把一个带正电的金属球A跟不带电的同样的金属球B相碰，两球都带等量的正电荷，这是因为( ) 【导学号：96322002】

A．A球的正电荷移到B球上

B．B球的负电荷移到A球上

C．A球的负电荷移到B球上

D．B球的正电荷移到A球上

【解析】 金属球中能够自由移动的电荷是自由电子，则B球上的自由电子受A球上所带正电荷的吸引而转移到A球上，B球因缺少电子就带上了正电荷．

【答案】

B

感应起电的规律

(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．

摩 擦 起 电 的 解 释 和 电 荷 守 恒 定

律

[先填空]

1．物质的微观结构

(1)原子结构：

原子 原子核 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一样多，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．

2．摩擦起电的原因：两个物体相互摩擦时，一些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．

3．电荷守恒定律

(1)内容：电荷既不能被创造，也不能被消灭，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另一部分．

(2)理解：在任何自然过程中，电荷的代数和是守恒的．

[再判断]

1．摩擦起电就是通过摩擦创造了电荷．(×)

2．近代物理实验发现，在一定条件下，带电粒子可以产生和湮灭，故在一定条件下，电荷守恒定律不成立．(×)

3．带负电的绝缘金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间，该小球的负电几乎为零，可见小球上的负电荷逐渐消失了．(×)

[后思考]

如图1­1­4所示的现象为感应起电过程，为什么一定要先使导体球瞬时接地再移走施感电荷，而不是先移走施感电荷再接地？

甲 乙 丙 丁

图1­1­4

【提示】 导体球瞬时接地时，导走负电荷，小球最终带正电；若先移走施感电荷，球上感应出来的正、负电荷相互吸引而中和，小球最终不带电．

[合作探讨]

探讨1：甲、乙两同学各拿一带电小球做实验时不小心两小球接触了一下，结果两小球都没电了！

电荷到哪里去了呢？是否违背了电荷守恒定律？

【提示】 两球上的异种电荷中和了，即正、负电荷代数和为0，对外不显电性，没有违背电荷守恒定律．

探讨2：如图1­1­5所示的现象为感应起电，为什么发生感应起电的是导体而不是绝缘体？

图1­1­5

【提示】 感应起电的实质是在带电体电荷的作用下，物体上的自由电荷的转移，只有导体上的电子(或正、负离子)才能自由移动，而绝缘体上的电子不能自由地移动．所以，导体能发生感应起电，而绝缘体不能．

[核心点击]

1．物体带电的实质

使物体带电不是创造了电荷，使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相遇达到电中性的过程．

3．接触起电现象中电荷量的分配

无论是带电的导体与不带电的导体接触，还是两个原来带同种电荷的导体接触，还是两个原来带异种电荷的导体接触，最终两导体都将带上同种电荷或都不带电，不可能带上异种电荷，并且接触前后电荷总量不变．

两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10－9 C，QB＝－3.2×10－9 C，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？

【解析】 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．即接触后两小球的电荷量为

QA′＝QB′＝QA＋QB2＝6.4×10－9＋－3.2×10－92 C＝1.6×10－9 C

在接触过程中，电子由B球转移到A球，自身的净电荷全部中和后，继续转移，直至其带QB′的正电，这样，共转移的电子电荷量为ΔQ＝|QB|＋QB′＝3.2×10－9 C＋1.6×10－9 C＝4.8×10－9 C，则转移的电子数

n＝ΔQe＝4.8×10－91.6×10－19＝3.0×1010(个)．

【答案】 电子由B转移到A 共转移3.0×1010个

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1.60×10－16 C，下列判断正确的有( ) 【导学号：96322003】

A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷

B．摩擦过程中电子从N转移到M

C．N在摩擦后一定带负电荷1.60×10－16 C

D．N在摩擦过程中失去1.60×10－16 C个电子

【解析】 M和N相互摩擦，M带正电是因为M对核外电子的束缚能力小而失去核外电子的结果；由于电荷守恒，故N一定带等量负电荷，选项C正确．

【答案】

C

完全相同的导体球接触带电时电荷量的分配原则

形状、大小都相同的导体接触时会将电荷量平分．

(1)用带电量为Q的金属球与不带电的金属球接触，每个小球带电量均为Q/2，且所带电荷的性质相同；