2019-2020學(xué)年高中物理 第1章 電場 第1節(jié) 認(rèn)識(shí)靜電學(xué)案 粵教版選修3-1
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1、第一節(jié) 認(rèn)識(shí)靜電 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.知道物體起電的三種方式.理解其微觀解釋.(重點(diǎn)) 2.熟記電荷守恒定律. 3.記住元電荷的概念. 4.能用原子結(jié)構(gòu)和電荷守恒定律分析問題.(難點(diǎn)) 一、起電方法的實(shí)驗(yàn)探究 1.兩種電荷的性質(zhì):同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引. 2.物體帶電的三種方法:摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電. 二、電荷守恒定律 1.電荷量 (1)電荷量:物體所帶電荷的多少叫做電荷量. (2)電荷量的單位:庫侖,簡稱庫,符號(hào)C. (3)中和:等量的異種電荷完全抵消的現(xiàn)象. (4)元電荷:任何帶電體的電荷量都是e=1.60×10-19C的整數(shù)倍.因此,電荷量e
2、被稱為元電荷. 2.電荷守恒定律 (1)內(nèi)容:電荷既不能創(chuàng)造,也不能消滅,它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,或者從物體的一個(gè)部分轉(zhuǎn)移到另一部分.在轉(zhuǎn)移的過程中,電荷的代數(shù)和不變. (2)適用范圍:電荷守恒定律不僅在一切宏觀物理過程中成立,而且也是一切微觀物理過程所普遍遵守的規(guī)律. 1.正誤判斷 (1)不論是摩擦起電還是感應(yīng)起電,都是電荷的轉(zhuǎn)移. (√) (2)兩個(gè)互相摩擦的物體一定是同時(shí)帶上種類不同的電荷,且電荷量相等. (√) (3)帶等量異種電荷的兩個(gè)導(dǎo)體接觸后,電荷會(huì)消失,這種現(xiàn)象叫電荷的湮滅. (×) (4)任何帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍. (√) 2.公元1
3、世紀(jì),東漢王充《論衡·亂龍》中記錄了“頓牟掇芥”.頓牟即琥珀(也有玳瑁的甲殼之說),芥指芥菜子,統(tǒng)喻干草、紙等的微小屑末.這個(gè)詞的意思就是經(jīng)過摩擦的琥珀能吸引干草、紙等輕小的物體.下列關(guān)于這個(gè)現(xiàn)象的解釋正確的是( ) A.經(jīng)過摩擦的琥珀有了磁性 B.經(jīng)過摩擦的琥珀帶了電 C.琥珀與干草帶異種電荷 D.琥珀與干草帶同種電荷 B [摩擦可以使物體帶電,經(jīng)過摩擦的琥珀帶了電,能吸引干草、紙等輕小的物體,故B正確,A錯(cuò)誤.同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引.帶電體都有吸引輕小物體的性質(zhì),干草不一定帶電.故C、D錯(cuò)誤.] 3.(多選)下列關(guān)于電荷量和元電荷的說法正確的是( ) A.物體
4、所帶的電荷量可以是任意實(shí)數(shù) B.物體帶正電荷1.6×10-9 C,是因?yàn)槭チ?.0×1010個(gè)電子 C.物體帶電量的最小值是1.6×10-19 C D.以上說法都不正確 BC [元電荷的數(shù)值為e=1.6×10-19 C,任何帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍,所以物體帶的電荷量不能是連續(xù)的數(shù)值,更不能是任意的,所以B、C正確.] 對三種起電方式的理解 1.三種起電方式的比較 方式 內(nèi)容 摩擦起電 感應(yīng)起電 接觸起電 產(chǎn)生條件 兩不同絕緣體摩擦?xí)r 導(dǎo)體靠近帶電體時(shí) 導(dǎo)體與帶電體接觸時(shí) 現(xiàn)象 兩物體帶上等量異種電荷 導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷 導(dǎo)體帶上與
5、帶電體電性相同的電荷 微觀解釋 不同物質(zhì)的原子核對核外電子的約束力不同,摩擦?xí)r電子從一物體轉(zhuǎn)移到另一物體 導(dǎo)體中的自由電子受到帶電體對它的排斥(或者吸引),而移向?qū)w的遠(yuǎn)端(或者近端) 電荷間的相互作用,使得自由電子在帶電體和導(dǎo)體上轉(zhuǎn)移,且重新分布 實(shí)質(zhì) 均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移 2.三種起電方式各自遵循的規(guī)律 (1)摩擦起電時(shí)電荷轉(zhuǎn)移的規(guī)律. ①摩擦起電時(shí),原子核中的質(zhì)子不能脫離原子核而移動(dòng),即相互摩擦的兩個(gè)物體中轉(zhuǎn)移的不可能是正電荷,轉(zhuǎn)移的只是負(fù)電荷,即電子. ②電中性的兩個(gè)絕緣體相互摩擦,帶正電的物體一定是失去了電子,帶負(fù)電的物體一定是獲得了電子. (2)
6、感應(yīng)起電的分布規(guī)律. ①近異遠(yuǎn)同:用帶電體靠近不帶電的導(dǎo)體時(shí),會(huì)在靠近帶電體的一端感應(yīng)出與帶電體電性相反的電荷,遠(yuǎn)離帶電體的一端感應(yīng)出與帶電體電性相同的電荷. ②等量異性:用帶電體靠近不帶電的導(dǎo)體(或兩不帶電的相互接觸的導(dǎo)體)時(shí),會(huì)在原不帶電的導(dǎo)體兩端(或兩不帶電的相互接觸的導(dǎo)體上)感應(yīng)出等量異性的電荷. (3)接觸起電時(shí)電子轉(zhuǎn)移的規(guī)律. ①帶負(fù)電的物體與不帶電的中性物體接觸,電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到中性物體上. ②帶正電的物體與不帶電的中性物體接觸,電子由中性物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上. ③帶正電的物體與帶負(fù)電的物體接觸,電子由帶負(fù)電的物體轉(zhuǎn)移到帶正電的物體上. 【例1】 (多選
7、)如圖所示,A、B為相互接觸的用絕緣支柱支撐的金屬導(dǎo)體,起初它們不帶電,在它們的下部貼有金屬箔片,C是帶正電的小球,下列說法正確的是( ) A.把C移近導(dǎo)體A時(shí),A、B上的金屬箔片都張開 B.把C移近導(dǎo)體A,先把A、B分開,然后移走C,A、B上的金屬箔片仍張開 C.把C移近導(dǎo)體A,先把C移走,再把A、B分開,A、B上的金屬箔片仍張開 D.把C移近導(dǎo)體A,先把A、B分開,再把C移走,然后重新讓A、B接觸,A上的金屬箔片張開,而B上的金屬箔片閉合 AB [雖然A、B起初都不帶電,但帶正電的導(dǎo)體C對A、B內(nèi)的電荷有力的作用,使A、B中的自由電子向左移動(dòng),使得A端積累了負(fù)電荷,B端帶正
8、電荷,其下部貼有的金屬箔片分別帶上了與A、B同種的電荷,所以金屬箔片都張開,A正確.C只要一直在A、B附近,先把A、B分開,A、B上的電荷因受C的作用力不可能中和,因而A、B仍帶等量異種的感應(yīng)電荷,此時(shí)即使再移走C,A、B所帶電荷量也不變,金屬箔片仍張開,B正確.但如果先移走C,A、B上的感應(yīng)電荷會(huì)馬上中和,不再帶電,所以箔片都不會(huì)張開,C錯(cuò).先把A、B分開,再移走C,A、B仍然帶電,但重新讓A、B接觸后,A、B上的感應(yīng)電荷會(huì)完全中和,金屬箔片都不會(huì)張開,D錯(cuò).故選A、B.] 感應(yīng)起電成功的關(guān)鍵是導(dǎo)體先分開為兩物體,然后移去帶電體,具備以下兩個(gè)特點(diǎn): (1)近異遠(yuǎn)同;(2)等量異性.
9、 訓(xùn)練角度1.起電的實(shí)質(zhì) 1.(多選)關(guān)于摩擦起電現(xiàn)象,下列說法正確的是( ) A.摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生電子和質(zhì)子 B.兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后,同時(shí)帶上等量異種電荷 C.摩擦起電,可能是因?yàn)槟Σ翆?dǎo)致質(zhì)子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到了另一個(gè)物體而形成的 D.絲綢摩擦玻璃棒時(shí),電子從玻璃棒上轉(zhuǎn)移到絲綢上,玻璃棒因質(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電 BD [摩擦起電實(shí)質(zhì)是由于兩個(gè)物體的原子核對核外電子的約束能力不相同,因而電子可以在物體間轉(zhuǎn)移.若一個(gè)物體失去電子,其質(zhì)子數(shù)就會(huì)比電子數(shù)多,我們說它帶正電.若一個(gè)物體得到電子,其質(zhì)子數(shù)就會(huì)比電子數(shù)少,我們說它帶負(fù)電.使物體帶電
10、并不是創(chuàng)造出電荷.] 訓(xùn)練角度2.感應(yīng)起電 2.如圖,把一個(gè)不帶電的枕形導(dǎo)體靠近帶正電的小球,由于靜電感應(yīng),在a、b兩端分別出現(xiàn)負(fù)、正電荷,則以下說法正確的是( ) A.閉合開關(guān)S1,有電子從枕形導(dǎo)體流向大地 B.閉合開關(guān)S2,有電子從枕形導(dǎo)體流向大地 C.閉合開關(guān)S1,有電子從大地流向枕形導(dǎo)體 D.閉合開關(guān)S2,沒有電子通過開關(guān)S2 C [在S1、S2都閉合前,對枕形導(dǎo)體,它的電荷是守恒的,a、b出現(xiàn)負(fù)、正電荷等量,當(dāng)閉合開關(guān)S1、S2中的任何一個(gè)以后,便把大地與導(dǎo)體連通,使大地也參與了電荷轉(zhuǎn)移,因此,導(dǎo)體本身的電荷不再守恒,而是導(dǎo)體與大地構(gòu)成的系統(tǒng)中電荷守恒,由于靜電感
11、應(yīng),a端仍為負(fù)電荷,大地遠(yuǎn)處應(yīng)感應(yīng)出正電荷,因此無論閉合開關(guān)S1還是開關(guān)S2,都應(yīng)有電子從大地流向?qū)w,故C選項(xiàng)正確.] 電荷守恒定律的理解應(yīng)用 1.“中性”與“中和”的區(qū)別 (1)電中性的物體是有電荷存在的,只是正、負(fù)電荷的代數(shù)和為零,對外不顯電性. (2)電荷的中和是指等量正、負(fù)電荷完全抵消的過程,但正、負(fù)電荷本身依然存在,并沒有消失. 2.物體帶電的實(shí)質(zhì) 不論哪一種帶電方式都沒有創(chuàng)造電荷,也沒有消滅電荷.本質(zhì)都是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移. 3.完全相同的金屬球接觸帶電時(shí)電荷量的分配情況 (1)用帶電荷量是Q的金屬球與不帶電的金屬球接觸后,兩小球均帶的電荷量,電性與原帶電金屬球電
12、性相同. (2)若兩金屬球帶同種電荷Q1、Q2,接觸后每個(gè)金屬球所帶的電荷量均為總電荷量的一半,即Q1′=Q2′=,電性與兩金屬球原來所帶電荷的電性相同. (3)若兩金屬球帶異種電荷Q1、-Q2,接觸后先中和等量的異種電荷,剩余的電荷量平均分配即Q1″=Q2″=,電性與接觸前帶電荷量大的金屬球的電性相同. 【例2】 有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B,分別帶有電荷量QA=6.4×10-9C,QB=-3.2×10-9C,讓兩絕緣金屬小球接觸.在接觸后,A、B帶電荷量各是多少?此過程中電子發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移了多少電荷量? [解析] 接觸后兩小球帶電量 QA′=QB′==C=1.6
13、×10-9C,在接觸過程中,電子由B球轉(zhuǎn)移到A球,不僅將自身凈電荷中和,且繼續(xù)轉(zhuǎn)移,使B球帶QB′的正電荷.這樣,共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為: ΔQ=QB-QB′=(-3.2×10-9-1.6×10-9)C=-4.8×10-9C [答案] 均為1.6×10-9C 電子由B球轉(zhuǎn)移到了A球,轉(zhuǎn)移了4.8×10-9 C [一題多變] 例2中,若小球B也帶正電,即QB=3.2×10-9 C,其他條件不變,則兩球接觸后,各帶多少電荷?此過程中電子發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)移?轉(zhuǎn)移了多少電荷量? [解析] 兩球接觸后,帶電量QA′=QB′===4.8×10-9 C. 在接觸過程中,電子由B球轉(zhuǎn)移到A球,轉(zhuǎn)移的電子
14、電荷量為ΔQ=QB-QB′=-1.6×10-9C. [答案] 均為4.8×10-9 C 電子由B球轉(zhuǎn)移到了A球,轉(zhuǎn)移了1.6×10-9 C 電荷量分配原則的兩點(diǎn)注意 (1)電荷均分的前提條件是兩導(dǎo)體完全相同. (2)不同的導(dǎo)體接觸后再分開,每個(gè)導(dǎo)體上所帶電荷量不滿足平均分配規(guī)律. 驗(yàn)電器的兩種應(yīng)用方式及原理 1.帶電體接觸驗(yàn)電器:當(dāng)帶電的物體與驗(yàn)電器上面的金屬球接觸時(shí),有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上,與金屬球相連的兩個(gè)金屬箔片帶上同種電荷,因相互排斥而張開,物體所帶電荷量越多,電荷轉(zhuǎn)移的越多,斥力越大,張開的角度也越大. 2.帶電體靠近驗(yàn)電器:當(dāng)帶電體靠近驗(yàn)電器的金屬球時(shí)
15、,帶電體會(huì)使驗(yàn)電器的金屬球感應(yīng)出異種電荷,而金屬箔片上會(huì)感應(yīng)出同種電荷(感應(yīng)起電),兩箔片在斥力作用下張開. 3.使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器,驗(yàn)電器的金屬箔片張開,如圖所示表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況,正確的是( ) B [把帶電金屬球移近不帶電的驗(yàn)電器,若金屬球帶正電荷,則將導(dǎo)體上的自由電子吸引上來,這樣驗(yàn)電器的上部將帶負(fù)電荷,箔片帶正電荷;若金屬球帶負(fù)電荷,則將導(dǎo)體上的自由電子被排斥到最遠(yuǎn)端,這樣驗(yàn)電器的上部將帶正電荷,箔片帶負(fù)電荷.故選項(xiàng)B正確.] 課 堂 小 結(jié) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.使物體帶電的三種方式:摩擦起電、感應(yīng)起電、接觸起電. 2.電荷在轉(zhuǎn)移過
16、程中,代數(shù)和是不變的. 3.元電荷e=1.6×10-19 C. 4.完全相同的金屬導(dǎo)體接觸后平分總電荷量. 1.(多選)關(guān)于元電荷的理解,下列說法正確的是( ) A.元電荷就是電子 B.元電荷是表示1 C電量 C.元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量 D.物體所帶的電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍 CD [元電荷是最小帶電量,大小為e=1.6×10-19C ,跟電子或質(zhì)子所帶電荷量相等,不是電荷種類,任何帶電體的電荷量都為元電荷的整數(shù)倍,故C、D正確.] 2.(多選)一帶負(fù)電絕緣金屬小球放在潮濕的空氣中,經(jīng)過一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)該小球上的電荷幾乎不存在了,這說明(
17、) A.小球上原有的負(fù)電荷逐漸消失了 B.在此現(xiàn)象中,電荷不守恒 C.小球上負(fù)電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了 D.該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的,仍然遵循電荷守恒定律 CD [絕緣小球上的電荷量減少是由于電子通過空氣導(dǎo)電轉(zhuǎn)移到外界,只是小球上的電荷量減小,但這些電子并沒有消失,就小球和整個(gè)外界組成的系統(tǒng)而言,其電荷總量保持不變,因此C、D選項(xiàng)均正確.] 3.如圖所示,小球A帶正電,當(dāng)帶負(fù)電的小球B靠近A時(shí),A帶的( ) A.正電荷增加 B.負(fù)電荷增加 C.正、負(fù)電荷均增加 D.電荷量不變 D [當(dāng)帶負(fù)電的小球B靠近小球A時(shí),兩小球之間無接觸,由電荷守恒定律
18、可知,A帶的電荷量不變,只是電荷重新在小球表面上發(fā)生了分布(電荷重新分布是由電荷之間相互作用力產(chǎn)生的).] 4.如圖所示,將帶正電的金屬小球接觸原來不帶電的驗(yàn)電器A端之后拿走.下列關(guān)于驗(yàn)電器的帶電情況正確的是( ) A.A端帶正電,B端帶正電 B.A端帶負(fù)電,B端帶負(fù)電 C.A端帶負(fù)電,B端帶正電 D.A端帶正電,B端帶負(fù)電 A [用帶正電的小球去接觸驗(yàn)電器的金屬球,驗(yàn)電器中的電子將被吸附到帶電小球上去,故帶上正電,AB兩端電性相同,故選A.] 5.有三個(gè)相同的絕緣金屬小球A、B、C,其中小球A帶有3×10-3 C的正電荷,小球B帶有-2×10-3 C的負(fù)電荷,小球C不帶電.先將小球C與小球A接觸后分開,再將小球B與小球C接觸后分開,試求這時(shí)三個(gè)小球的帶電荷量分別為多少? [解析] 小球C與小球A接觸后分開帶電量為 Q′A=QC==1.5×10-3 C. 小球B與小球C接觸后分開帶電量為 Q′B=Q′C== C=-2.5×10-4 C [答案] 1.5×10-3 C?。?.5×10-4 C?。?.5×10-4 C - 8 -
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