高中物理《电荷及其守恒定律》优秀教案

高中物理《电荷及其守恒定律》优秀教案

第一章 静电场

学案1 电荷及其守恒定律

1．自然界中只存在两种电荷：______电荷和________电荷．电荷间的作用规律是：同种电荷相互______，异种电荷相互________．

2．用毛皮摩擦橡胶棒时，橡胶棒带____________电荷，毛皮带__________电荷．用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带______电荷，丝绸带______电荷．

3．原子核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________．金属中距离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做________________．失去这种电子的原子便成为带____电的离子．离子都在自己的平衡位置上振动而不移动，只有自由电子穿梭其中．所以金属导电时只有________在移动．

4．把带电体移近不带电的导体，可以使导体靠近带电体的一端带________，远离的一端带________这种现象叫静电感应．利用静电感应使物体带电叫________起电．常见的起电方式还有________和________等．

5．电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体______到另一物体，或者从物体的一部分____________到另一部分．

6．物体所带电荷的多少叫________________．在国际单位制中，它的单位是________，用________表示．

7．最小的电荷量叫________，用e表示，e＝________.所有带电体的电荷量都等于e的____________．电子的电荷量与电子的质量之比叫做电子的________．

答案 1.正 负 排斥 吸引 2.负 正 正 负

3．电中性 自由电子 正 自由电子 4.异号电荷 同号电荷 感应 摩擦起电 接触起电 5.转移 转移 6.电荷量 库仑 C 7.元电荷 1.6 ×10－19 C 整数倍 比荷

一、电荷

[问题情境]

在干燥的冬天，当你伸手接触金属门把的一刹那，突然听到“啪”的一声，手麻了一下，弄得你虚惊一场，是谁在恶作剧？原来是电荷在作怪．

1．这些电荷是哪里来的？物质的微观结构是怎样的？摩擦起电的原因是什么？

2．什么是自由电子，金属成为导体的原因是什么？

3．除了摩擦起电，还有其它方法可以使物体带电吗？

答案 1.来自原子内部 ; 物质由原子组成，而原子则由原子核(质子和中子)和核外电子构成； 不同物质的原子核束缚电子的能力不同．

2．金属中距离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫自由电子； 自由电子的自由活动是金属成为导体的原因．

3．感应起电和接触起电．

[要点提炼]

1．摩擦起电的原因：在两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体，于是原来呈电中性的'物体由于得到电子而带____电，失去电子的物体则带____电．

2．感应起电的原因：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间的相互吸引和排斥，导体中的自由电子便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带____电荷，远离的一端带____电荷．

3．常见的起电方式有摩擦起电、感应起电和接触起电．三种起电方式的实质都是________ 的转移．

答案 1.负 正 2.异号 同号 3.电子

[问题延伸]

感应起电现象中实验物体必须是导体吗？

答案 必须是导体，因为导体中有自由电子，可以自由移动．

二、电荷守恒定律

[问题情境]

现代生活中电无处不在，北京市一天的耗电量可达千万度，那么，电荷会不会像煤和石油一样总有一天会被用完呢？

1．电荷是摩擦的过程中创造出来的吗？

2．在电荷转移的过程中其总量是否守恒？

答案 1.电荷不是创造出来的，它是物体组成的一部分 2.守恒

[要点提炼]

1．电荷守恒定律的内容：电荷既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一物体，或者从物体的一部分转移到另一部分．

2．“电荷的中和”是指电荷的种类和数量达到等量、异号，这时正、负电荷的代数和为________，而不是正、负电荷一起消失了．

答案 2.零

[问题延伸]

怎样理解电荷守恒定律中“电荷的总量”？

答案 “电荷的总量” 可理解为正、负电荷的代数和．

例1 如图1所示，不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔．当枕形导体的A端靠近一带电导体C时( )

图1

A．A端金箔张开，B端金箔闭合

B．用手触摸枕形导体后，A端金箔仍张开，B端金箔闭合

C．用手触摸枕形导体后，将手和C都移走，两对金箔均张开

D．选项A中两对金箔分别带异种电荷，选项C中两对金箔带同种电荷

解析 根据静电感应现象，带正电的导体C放在枕形导体附近，在A端出现了负电，在B端出现了正电，这样的带电并不是导体中有新的电荷，只是电荷的重新分布．金箔上带电相斥而张开．选项A错误．

用手触摸枕形导体后，B端不是最远端了，人是导体，人的脚部甚至地球是最远端，这样B端不再有电荷，金箔闭合．选项B正确．

用手触摸导体时，只有A端带负电，将手和C移走后，不再有静电感应，A端所带负电便分布在枕形导体上，A、B端均带有负电，两对金箔均张开．选项C正确．

以上分析看出，选项D也正确．

答案 BCD

名师点拨 本节要求知道三种起电方法的特点，接触起电带同种电荷，摩擦起电带等量的异种电荷，感应起电则是近异远同，注意用手触摸最远端是脚或地球．

变式训练1 如图2所示，A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体，其中C球带正电，A、B两个完全相同的枕形导体不带电．试问：

图2

(1)如何使A、B都带等量正电？

(2)如何使A、B都带等量负电？

(3)如何使A带负电B带等量的正电？

答案 见解析

解析 (1)把AB紧密靠拢，让C靠近B，则在B端感应出负电荷，A端感应出等量正电荷，把A与B分开后再用手摸一下B，则B所带的负电荷就被中和，再把A与B接触一下，A和B就带等量正电荷．(2)把AB紧密靠拢，让C靠近B，则在B端感应出负电荷，A端感应出等量正电荷，再用手摸一下A或B，则A所带的正电荷就被中和，而B端的负电荷不变，移去C以后再把A与B分开，则A和B就带等量负电荷．(3)把AB紧密靠拢，让C靠近A，则在A端感应出负电荷，B端感应出等量正电荷，马上把A与B分开，则A带负电B带等量的正电．

例2 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6.4×10－9 C和－3.2×10－9 C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？

解析 当两小球接触时，带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，即接触后两小球带电荷量

QA′＝QB′＝QA＋QB2＝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

转移的电子数N＝ΔQe＝3.0×1010个

答案 见解析

名师点拨 对于两个带电小球电荷量重新分配的问题，如果是两个完全相同的小球，同性则总量平均分到一半，如异性则先中和，剩下的平均分配．如果未讲明相同的小球，不一定平均分配．

变式训练2 有三个相同的金属小球A、B、C，其中小球A带有2.0×10－5 C的正电荷，小球B、C不带电，现在让小球C先与球A接触后取走，再让小球B与球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别为qA＝________ C，qB＝________ C，qC＝________ C.

答案 0.5×10－5 0.75×10－5 0.75×10－5

【即学即练】

1．关于元电荷的理解，下列说法正确的是( )

A．元电荷就是电子

B．元电荷就是质子

C．元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量

D．元电荷就是自由电荷的简称

答案 C

解析 最小的电荷量叫元电荷，表示跟电子所带电荷量数值相等．

2．关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是( )

A．摩擦起电说明电荷可以被创造

B．摩擦起电是由于电荷从一个物体转移到另一个物体上

C．感应起电是由于电荷从带电物体转移到另一个物体上

D．感应起电是电荷在同一物体上的转移

答案 BD

解析 摩擦起电是电子在物体之间的转移，而感应起电则是物体内部电子的转移．

3．如图3所示，将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时，枕形导体上电荷的移动情况是( )

图3

A．枕形导体中的正电荷向B端移动，负电荷不移动

B．枕形导体中电子向A端移动，正电荷不移动

C．枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动

D．枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动

答案 B

解析 导体中自由电子可以自由移动，正电荷是原子核，不能移动．

4．带电微粒所带电荷量不可能是下列值中的( )

A．2.4×10－19 C B．－6.4×10－19 C

C．－1.6×10－18 C D．4.0×10－17 C

答案 A

解析 带电体所带电荷量只能是元电荷1.6 ×10－19 C的整数倍.

1．下列关于电现象的叙述中正确的是( )

A．玻璃棒无论与什么物体摩擦都带正电，橡胶棒无论与什么物体摩擦都带负电

B．摩擦可以起电是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量的异种电荷

C．带电现象的本质是电子的转移，物体得到电子一定显负电性，失去电子显正电性

D．当一种电荷出现时，必然有等量的异种电荷出现；当一种电荷消失时，必然有等量的异种电荷消失

答案 BCD

2．以下说法正确的是( )

A．摩擦起电是自由电子的转移现象

B．摩擦起电是通过摩擦产生的正电荷和电子

C．感应起电是自由电子的转移现象

D．金属导电是由于导体内有可以移动的正电荷

答案 AC

解析 摩擦起电是电子在物体之间的转移，感应起电则是物体内部电子的转移，所以A、C正确，B错误．金属导电是由于导体内有可以移动的自由电子，而不是正电荷，D项错．

3．将两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一小段距离，发现两小球之间相互排斥，则A、B两球原来带电情况可能是( )

A．A和B原来带有等量异种电荷

B．A和B原来带有同种电荷

C．A和B原来带有不等量异种电荷

D．A和B原来只有一个带电

答案 BCD

解析 当A和B带有等量异种电荷时，接触一下后电荷被中和．A项错误．

4．将带电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对地绝缘，如图4所示，下列几种方法能使两球都带电的是( )

图4

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一球，再把两球分开

D．棒带的电荷量如果不变，不能使两导体球带电

答案 AC

解析 A项正确，这是感应起电的正确操作步骤，B项错；C项正确，描述的是接触起电的操作步骤；D项错误，在感应起电中可以做到“棒带的电荷量不变，两导体球都带电”．

5．如图5所示，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金箔张角减小，则( )

图5

A．金属球A可能不带电

B．金属球A可能带负电

C．金属球A可能带正电

D．金属球A一定带正电

答案 AB

解析 由题意可知验电器是带电的(因箔片有张角)，当不带电的金属球A靠近验电器的小球B时，由于感应起电，金属球A会带上异种电荷，因异种电荷相吸，所以验电器上带的电荷会更多的聚集到小球B上，箔片上聚集的电荷会减少，故张角减小，A项正确；当金属球A带负电时，同样因异种电荷相吸，使得箔片上聚集的电荷减少，张角减小，B项正确．

6. 绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球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6所示，现使b带正电，则( )

图6

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

C．a、b之间不发生相互作用

D．b立即把a排斥开

答案 B

7．M和N是原来都不带电的物体，它们互相摩擦后M带正电荷1.6×10－10 C，下列判断中正确的是( )

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转移到了M

C．N在摩擦后一定带负电荷1.6×10－10 C

D．M在摩擦过程中失去了1.6×10－10个电子

答案 C

解析 由电荷守恒可知C项正确．

8．某人做静电感应实验，有下列步骤及结论：①把不带电的绝缘导体球甲移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触．②用手指摸甲球．③手指移开．④移开乙球．⑤甲球带正电．⑥甲球不带电．下列操作过程和所得结论正确的有( )

A.○1→②→③→④→⑥ B．①→②→④→③→⑥

C.○1→②→③→④→⑤ D．①→②→④→③→⑤

答案 C

解析 ○1→②→③→④→⑤是做静电感应实验的正确步骤．

9．两个完全相同的金属球，一个带＋6×10－8 C的电荷量，另一个带－2×10－8 C的电荷量．把两球接触后再分开，两球分别带电多少？

答案 两球都带正电且均为2×10－8 C

解析 两个完全相同的金属球接触后再分开，要平均分配电荷量，故两球均带q＝(q1＋q2)/2＝[(＋6×10－8)＋(－2×10－8)]/2 C＝2×10－8 C，带正电．

10. 如图7所示，通过调节控制电子枪产生的电子束，使其每秒钟有104个电子到达收集电子的金属瓶，经过一段时间，金属瓶上带有－8×10－12 C的电荷量，求：

图7

(1)电子瓶上收集到多少个电子；

(2)实验的时间为多长．

答案 (1)5×107 (2)5×103 s

解析 因每个电子的带电荷量为－1.6×10－19 C，金属瓶上带有－8×10－12 C的电荷量，所以电子瓶上收集到的电子个数为n＝(－8×10－12 C)/(－1.6×10－19 C)＝5×107个

实验的时间为t＝(5×107)/104 s＝5×103 s