1、1 电荷及其守恒定律 1.知道自然界存在两种电荷,知道同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。2.经历摩擦起电和感应起电的实验过程,了解使物体带电的方法,能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。3.理解电荷守恒定律。4.知道电荷量的概念及其国际单位。5.知道元电荷的概念,知道电荷量不能连续变化。1.电荷(1)物质的电结构:原子由带正电的原子核和带负电的电子组成,电子绕原子核高速旋转。原子核的正电荷的数量跟核外的电子的负电荷数量相等,所以整个原子对外界较远位置表现为电中性。金属原子中离原子核较远的电子,往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动,这种能自由活动的电子叫作自由电子,失去电子的原子便成了
2、带正电的离子。(2)三种起电方式。摩擦起电:用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷,则丝绸带上负电荷,这是因为玻璃棒上的部分电子转移到了丝绸上;用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷,毛皮带正电荷,这是因为毛皮上的部分电子转移到了橡胶棒上。感应起电:把带电体移近不带电的导体,可以使靠近带电体的一端带异种电荷,远离的一端带同种电荷,这种现象叫作静电感应,利用静电感应使物体带电的过程叫作感应起电。接触起电:不带电的导体与带电的物体接触后会带上电荷,这种使导体带电的方式叫作接触起电。两个完全相同的带同种电荷的导体接触后,会使电荷量平分。摩擦起电和感应起电的本质是什么?提示:摩擦起电和感应起电都是电荷发生转移的结果。有人
3、说电子或质子就是元电荷,对吗?质子的比荷与电子的比荷相同吗?提示:不对,质子或电子所带电荷量的多少等于元电荷。质子、电子的电荷量相同,但质子质量远大于电子质量,所以电子的比荷远大于质子的比荷。1.三种起电方式的比较 方式内容 摩擦起电 感应起电 接触起电 产生及条件 两种不同绝缘体摩擦时 导体靠近带电体时 导体与带电体接触时 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)电荷之间的相互排斥 实质 均为电荷
4、在物体之间或物体内部的转移 2.对电荷守恒定律的理解(1)电荷守恒定律和能量守恒定律一样,也是自然界中最基本的守恒定律之一。(2)两种比较典型的摩擦起电现象:一是用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带正电;二是用毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带负电。玻璃棒和橡胶棒上带的电都不是凭空产生的,而是通过摩擦使物体之间发生了电子得失的现象,符合电荷守恒定律。可以推断:与玻璃棒摩擦过的丝绸带负电,与橡胶棒摩擦过的毛皮带正电。(3)带等量异种电荷的两金属球相接触,发生电荷中和,两球都不再带电,这个过程中两球所带电荷的总量并没有变(为零),电荷也是守恒的。(4)电荷守恒定律的广泛性:任何电现象都不违背电荷守恒定律,涵盖了近代物
5、理实验发现的所有微观粒子在变化中遵守的规律。如:由一个高能光子在一定条件下可以产生一个正电子和一个负电子,一对正、负电子可同时湮没、转化为光子。在这种情况下,带电粒子总是成对产生或湮没,电荷的代数和不变。(5)两个完全相同的带电导体接触后电荷的分布规律:两个完全相同的导体,一个带电,另一个不带电。当两个导体接触后再分开时,两导体所带的电荷量相等,都等于原来电荷量的一半。两个完全相同的导体,都带有一定量的电荷,若两带电体的电荷量分别为Q1、Q2,则它们接触后再分开都 带有Q1+Q22的电荷量,式中电荷量 Q1、Q2 均包含它们的正负号。特别提醒(1)不论是起电现象还是电荷中和现象,其过程只是电荷
6、的转移,电荷本身不能被创生或消灭。(2)在任何物理过程中,各个物体的电荷量可以改变,但所有物体电荷量的代数和是守恒的。类型一 类型二 类型三 对感应起电的理解【例 1】(多选)如图所示,将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的金属球,两个金属球开始时互相接触且对地绝缘。下列方法中能使两球都带电的是()A.先把两球分开,再移走棒 B.先移走棒,再把两球分开 C.使棒与甲球瞬时接触,再移走棒 D.先使乙球瞬时接地,再移走棒 类型一 类型二 类型三 点拨:移近金属球,是感应起电;接触金属球则是接触起电,弄清起电方式实质则可解决此类问题。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,
7、它们带上了等量异种电荷,所以A正确;若先将棒移走,则两球由静电感应现象产生的电荷会中和,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题后反思对每一种起电方法都要理解起电过程,如感应起电是由于外来电荷(电场)的作用使某导体内电荷重新分布,接触起电是由于电荷间相互作用使两导体间电荷发生转移。类型一 类型二 类型三 触类旁通例1中,若先把甲球瞬时接地,再移走绝缘棒,甲、乙两球带电情况
8、如何?解析:甲球接地后与地球看成一个整体,可看成整体的近端靠近绝缘棒而带上正电荷,电子因被绝缘棒排斥而沿导线流入大地。答案:甲、乙均带正电荷。类型一 类型二 类型三 电荷量转移的计算【例2】有两个完全相同的带电金属小球A、B,电荷量分别为QA=6.410-9 C、QB=-3.210-9 C,让两个小球接触,在接触过程中,电子如何转移并转移了多少?点拨:两个完全相同的带电金属球接触后,正、负电荷先中和再平分,参与转移的只是金属中的自由电子。解析:接触达到静电平衡后,两球电荷量相等,电荷量为 QA=QB=+2=(6.410-9)+(-3.210-9)2 C=1.610-9 C在接触过程中,电子从
9、B 球转移到 A 球,则 B 球共转移的电子的电荷量为QB=QB-QB=1.610-9 C-(-3.210-9 C)=4.810-9 C转移的电子数为 n=4.810-9 C1.610-19C=3 1010 个。答案:电子由B球转移到A球,共转移了31010个电子。类型一 类型二 类型三 题后反思当两个完全相同的金属球接触后,根据对称性,两个球一定带等量的电荷量。若两个球原先带同种电荷,电荷量相加后均分;若两个球原先带异种电荷,则电荷先中和再均分。类型一 类型二 类型三 触类旁通例2中,若QB=3.210-9 C,在接触过程中,电子如何转移并转移了多少?解析:两球接触后平分总电荷量,即 QA=
10、QB=+2=4.8 10 9 C,在接触的过程中,电子从 B 球转移到 A 球,QB=4.810-9 C-3.210-9 C=1.610-9 C,转移电子的个数 n=1 1010 个。答案:电子从 B 球转移到 A 球并转移了 11010 个类型一 类型二 类型三 元电荷的有关计算【例 3】目前普遍认为,质子和中子都是由被称为 u 夸克和 d 夸克的两类夸克组成的。u 夸克电荷量为 23,d 夸克电荷量为 13,质子的电荷量为,中子不带电。下列说法正确的是()A.质子是由一个u夸克和一个d夸克组成,中子是由一个u夸克和两个d夸克组成 B.质子是由两个u夸克和一个d夸克组成,中子是由一个u夸克和两个d夸克组成 C.质子是由一个u夸克和一个d夸克组成,中子是由两个u夸克和两个d夸克组成 D.质子是由两个u夸克和一个d夸克组成,中子是由两个u夸克和两个d夸克组成 类型一 类型二 类型三 点拨:解答本题时应明确质子电荷量为一个元电荷,中子不带电,呈电中性。解析:因为质子的电荷量为e,2 23 13 =,所以质子由两个u夸克和一个d夸克组成;中子不显电性,23 2 13 =0,所以中子由一个u 夸克和两个 d 夸克组成,故选项 B 正确。答案:B 题后反思近代物理学的夸克理论虽然打破了元电荷e的界线,但是电荷守恒定律仍然成立,在应用过程中仍有自己的价值。
