1、1电荷电荷守恒定律学习目标:1物理观念知道两种电荷及电荷量,知道电荷守恒定律及三种起电方式。2科学思维理解三种起电方式的原理,能解决静电感应的相关问题。3科学探究通过摩擦起电与感应起电的实验,探究起电的实质是电子的转移。4科学态度与责任体验人类探索电的过程,养成观察、比较、归纳分析的良好习惯,树立勤于实践的科学精神。一、摩擦起电两种电荷摩擦起电的解释1两种电荷:自然界只存在两种电荷:正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。2电荷量:电荷的多少,常用Q或q表示,国际单位制单位是库仑,简称库,符号是C。1 C106 C1 nC109 C。3元电荷一个电子所带电荷量的绝对值为1.6101
2、9 C,它是电荷的最小单元,称为元电荷,记作e1.61019 C。实验发现,任何带电体所带电荷量都是元电荷的整数倍。4原子的组成原子由带正电的原子核和带负电的电子构成。一般情况下,原子核所带电荷总量与电子所带电荷总量相等,因此物体通常对外不显电性。5摩擦起电:两个物体相互摩擦时,失去电子的物体内部正电荷的总量大于负电荷的总量,显示出带正电,得到电子的物体内部正电荷的总量小于负电荷的总量,显示出带负电。说明:带电的实质是电荷的转移。二、电荷守恒定律电荷既不能被创造,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。也就是说,在任何自然过程中,电荷的代数和是守恒的
3、。说明:电荷守恒定律现在的表述是:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。三、静电感应1静电感应:当一个带电体靠近不带电的导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会重新分布,使导体出现靠近带电体的一端带与带电体电性相反的异种电荷,远离带电体的一端带同种电荷的现象。2感应起电:利用静电感应使金属导体带电的过程。3验电器(1)构造:金属球、金属杆、金属箔。(2)使用:当验电器带电时,金属箔片由于同种电荷的排斥作用而张开,当箔片合拢时,表示验电器不带电。注意:三种起电方式:接触起电、摩擦起电、感应起电。1思考判断(正确的打“”,错误的打“”)(1)两个正电荷之间的作用力互为斥
4、力,两个负电荷之间的作用力为引力。()(2)摩擦起电的过程就是创造电荷的过程。()(3)电荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。()(4)元电荷就是质子或电子。()2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。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()A6.21019 CB6.41019 CC6.61019 C D6.81019 CB电荷量必须是元电荷e1.601019 C的整数倍,6.41019 C是e的4倍,故看不清的关键数字可能是B项,B正确。3如图所示,在
5、真空中,把一个中性的绝缘导体M向带负电的球P慢慢靠近,下列说法中错误的是()AM两端的感应电荷越来越多BM两端的感应电荷是同种电荷CM两端的感应电荷是异种电荷DM两端的感应电荷的电荷量相等BM向P靠得越近,M中的自由电子受到P的排斥力越大,两端的感应电荷越多,根据电荷守恒定律,M两端将出现等量的异种电荷,B错误。对感应起电的理解图甲是古老的摩擦起电机,图乙是感应起电机。结合图片,思考:甲乙(1)两个绝缘体发生摩擦为什么会带上电荷?(2)感应起电能发生在绝缘体上吗?原因是什么?提示:(1)两个绝缘体摩擦时,其中一个物体失去电子,另一个物体得到电子,分别带上了正、负电荷。(2)感应起电不会发生在绝
6、缘体上,因为绝缘体中的电子不能自由移动。1过程及现象(1)取一对用绝缘支柱支持的金属导体A、B,使它们彼此接触。起初它们不带电,贴在它们下面的金属箔是闭合的,如图甲所示。(2)带正电荷的球C移近导体A,可以看到A、B上的金属箔都张开了,这表示A、B上都带了电荷,如图乙所示。(3)如果把A、B分开,然后移去C,可以看到A和B仍带有电荷,如图丙所示。(4)让A、B接触,金属箔就不再张开,表明它们不再带电了。这说明A、B所带的电荷是等量的,互相接触时,等量的正、负电荷发生了中和。甲乙丙感应起电2感应起电的本质在导体C上的电荷作用下,导体A、B上的自由电荷发生定向移动,由B端移至A端,从而引起A端带负
7、电,B端带正电,此时若将A、B分离,导体A、B则成为带等量异种电荷的带电体。【例1】如图所示,左边是一个原先不带电的导体,右边C是后来靠近导体的带正电的金属球。若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开,将导体分为A、B两部分,这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB,则下列结论正确的有()A沿虚线d切开,A带负电,B带正电,且QBQAB只有沿虚线b切开,才有A带正电,B带负电,且QBQAC沿虚线a切开,A带正电,B带负电,且QBQAD沿任意一条虚线切开,都有A带正电,B带负电,而QA、QB的值与所切的位置有关思路点拨:(1)由于静电感应A端带正电,B端带负电。(2)因为是原先不带电的导体,所以电荷
8、守恒,总有QA与QB之和恒定。D静电感应使得A部分带正电,B部分带负电。导体原来不带电,只是在C的电荷的作用下,导体中的自由电子向B部分移动,使B部分有了多余的电子而带负电,A部分缺少了电子而带正电。A部分失去的电子数目和B部分多余电子的数目是相等的,因此无论从哪一条虚线切开,两部分的电荷总量总是相等的。但由于电荷之间的作用力与距离有关,自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的,这样导致电子在导体上的分布不均匀。越靠近右端,负电荷密度越大;越靠近左端,正电荷密度越大。所以从不同位置切开时,导体的带电荷量的值是不同的。故D正确。分析感应起电问题时的三点提醒(1)明确带电体与感应起电的导体。
9、(2)弄清楚导体靠近带电体的一端和远离带电体的另一端,近端感应出异种电荷,远端感应出同种电荷。(3)注意拿走物体的顺序,若保持带电体不动,先分开导体的靠近端和远离端,再移走带电体,则靠近端带异种电荷,远离端带同种电荷。若先移走带电体,则导体上的电荷会立即中和,不再带电。1(多选)如图所示,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,验电器的箔片张角减小,则()A金属球可能不带电B金属球可能带负电C金属球可能带正电D金属球一定带负电AB验电器的箔片之所以张开,是因为它们都带了正电荷。张开的角度取决于带电荷量的多少。张角减小,说明箔片上的正电荷减少,A球与B球无接触,肯定发生的
10、是静电感应。A球不带电时,由于静电感应A球靠近B球的一端带负电荷,同理,A球反过来感应B球,使B球上的正电荷增多,箔片上的正电荷减少,从而张角减小;若A球带负电,可达到同样的效果;若A球带正电,则正好相反,使张角增大,所以A、B正确。电荷守恒定律小明同学用自制的验电器进行了一些探究实验。如图所示,小明使验电器带了负电荷,经过一段时间后,他发现该验电器的金属箔片(用包装巧克力的锡箔纸制作)几乎闭合了。关于此问题,他跟学习小组讨论后形成了下列观点,你认为哪些是正确的?小球上原有的负电荷逐渐消失了。在此现象中,电荷不守恒。小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了。该现象是由于电子的转移引起
11、的,仍然遵循电荷守恒定律。提示:正确的观点为,因电荷不会消失,电荷在转移过程中是守恒的。1对元电荷的理解(1)元电荷e又称“基本电荷量”,是自然界存在的最小电荷量,最早是由美国科学家密立根用实验测得的。元电荷作为电荷量的单位,是物理学的基本常量之一,e1.601019 C。(2)元电荷只是一个电荷量的单位,不是某种电荷,也没有正负,更不是物质。不能说电子或质子是元电荷,因为电子和质子是实实在在的粒子(虽然其所带电荷量的绝对值为一个元电荷)。2对电荷守恒定律的理解(1)电荷守恒定律不仅适用于宏观过程(电子的转移),也适用于微观过程(核反应和粒子的转化过程)。(2)起电过程的实质是物体中正、负电荷
12、的分离或转移。摩擦起电和接触起电是电荷“从一个物体转移到另一个物体”,感应起电是电荷“从物体的一部分转移到另一部分”。(3)电荷的总量是指电荷的代数和。(4)电荷的中和是指正、负电荷的代数和为0。【例2】甲、乙两个原来不带电荷的物体相互摩擦(没有第三者参与),结果发现甲物体带了1.61015 C的电荷量(正电荷),下列说法正确的是()A乙物体也带了1.61015 C的正电荷B甲物体失去了104个电子C乙物体失去了104个电子D甲、乙两物体共失去了2104个电子思路点拨:(1)没有第三者参与时,甲、乙两物体的总电荷量不变。(2)物体的带电荷量为物体失去或得到电子的总电荷量。B甲、乙两个物体相互摩
13、擦,甲带1.61015 C的正电荷,那么由电荷守恒定律可知,乙应带1.61015 C的负电荷,即甲失去了104个电子,乙得到了104个电子,所以B正确。(1)同一物体与不同物体摩擦是失去电子还是得到电子,取决于相互摩擦的两物体的原子核对电子束缚能力的相对强弱。(2)任何起电方式都是电荷的转移,在同一隔离系统中正、负电荷的代数和不变。训练角度1:对元电荷的认识2(多选)科学家在研究原子、原子核及基本粒子时,为了方便,常常用元电荷作为电荷量的单位,关于元电荷,下列论述正确的是 ()A电子和质子都是元电荷B一个带电体的电荷量为元电荷的205.5倍C元电荷是最小的电荷量单位D元电荷没有正负之分CD元电
14、荷是最小的电荷量单位,而不是带电粒子,带电体的电荷量均为元电荷的整数倍,元电荷没有正负之分,故C、D正确。训练角度2:对电荷守恒定律的理解3关于电荷守恒定律,下列叙述不正确的是 ()A一个物体所带的电荷量总是守恒的B在与外界没有电荷交换的情况下,一个系统所带的电荷量总是守恒的C在一定的条件下,一个系统内的等量的正、负电荷即使同时消失,也并不违背电荷守恒定律D电荷守恒定律并不意味着带电系统一定和外界没有电荷交换A根据电荷守恒定律,单个物体所带电荷量是可以改变的,在与外界没有电荷交换的情况下,一个系统所带的电荷量总是守恒的,若一个系统内的等量的正、负电荷同时消失,并不违背电荷守恒定律,电荷守恒定律
15、并不意味着带电系统一定和外界没有电荷交换,故A错误,B、C、D正确。1物理观念:两种电荷即正电荷、负电荷,电荷量、静电感应。2科学思维:三种起电方式即:摩擦起电、接触起电、感应起电、电荷守恒定律的理解。3科学方法:实验法、观察法、归纳法等。1两个物体分别带有电荷 ()A它们之间的静电力一定是引力B它们之间的静电力一定是斥力C如果它们带的是同种电荷,它们之间的静电力一定是引力D如果它们带的是异种电荷,它们之间的静电力一定是引力D根据同种电荷相排斥,异种电荷相吸引,如果它们带的是异种电荷,它们之间的静电力一定是引力,D正确。2关于摩擦起电和感应起电的实质,下列说法正确的是()A摩擦起电说明通过做功
16、可以创造电荷B摩擦起电说明电荷可以创造C感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到物体的另一部分D感应起电说明电荷从带电的物体转移到原来不带电的物体上去了C摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,即说明了电荷可以从一个物体转移到另一个物体,而电荷的总量是不变的,故A、B错误;感应起电过程电荷在电场力作用下,从物体的一部分转移到另一部分,故C正确,D错误。3如图是伏打起电盘示意图,其起电原理是()甲 乙 丙 丁A摩擦起电B感应起电C接触起电 D以上三种方式都不是B导电平板靠近带电的绝缘板并接地时,导电平板由于静电感应,使导电平板带上负电荷,故选项B正确。4(多选)M和N是两个都不带电的物体
17、。它们互相摩擦后,M带正电荷2.72109 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摩擦过程中电子从M转移到NCN在摩擦后一定带负电荷2.72109 CDM在摩擦过程中失去1.71010个电子BCD在摩擦前,物体内部存在着等量的异种电荷,对外不显电性,A错;M失去电子带正电,N得到电子带负电,所以电子是从M转移到N,B对;在摩擦起电过程中,得失电子数目是相等的,根据电荷守恒定律,M带正电荷2.72109 C,则N一定带负电荷2.72109 C,C对;M失去的电子数为n个1.71010个,D对。5情境:干燥的天气一个人脱了鞋在地毯上走,身上聚集了4.8105C的电荷。问题:若电子质量me9.11031kg,电子电荷量e1.61019C。则:(1)多少个电子的电荷量等于3.2105C?(2)此人身上有多少个剩余电子?(3)他的质量增加了多少?解析(1)每个电子电荷量为e1.61019 C,则3.2105C的电荷量需要的电子为n21014个。(2)此人身上有电子为n31014个。(3)电子质量me9.11031 kg,所以他的质量增加m310149.11031 kg2.731016 kg。答案(1)21014个(2)31014个(3)2.731016 kg