人教版選修31 第一章第1節(jié)電荷及其守恒定律 學(xué)案.doc

1電荷及其守恒定律答案：（1）正電荷（2）負(fù)電荷（3）排斥（4）吸引（5）摩擦起電（6）接觸起電（7）感應(yīng)起電（8）電子的轉(zhuǎn)移（9）創(chuàng)生（10）消滅（11）總量（12）代數(shù)和（13）庫侖（14）庫（15）電荷量（16）元電荷（17）1.601019 c1兩種電荷（1）兩種電荷自然界中只存在兩種電荷，即正電荷和負(fù)電荷。正電荷：用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷叫做正電荷。負(fù)電荷：用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷叫做負(fù)電荷。（2）自由電子和離子自由電子：金屬中離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動，這種電子叫做自由電子。離子：失去電子的原子便成為帶正電的離子，稱為正離子；得到電子的原子便成為帶負(fù)電的離子，稱為負(fù)離子。（3）物體帶電物體有了吸引輕小物體的性質(zhì)，我們就說它帶了電，或帶了電荷。物質(zhì)由中性的原子組成，原子由原子核和核外電子組成，電子帶負(fù)電，原子核帶正電；由中性原子組成的物體，對外表現(xiàn)為不帶電狀態(tài)，物體呈電中性；呈電中性的物體失去電子帶正電，得到電子帶負(fù)電，物體帶電的實(shí)質(zhì)是電子的得失。在物體內(nèi)部，原子核是相對固定的，內(nèi)部的質(zhì)子更不能脫離原子核而移動，而離核較遠(yuǎn)的核外電子容易受到外界的作用而脫離原子，所以起電過程中轉(zhuǎn)移的都是核外的電子。析規(guī)律 （1）當(dāng)物體不帶電時，物體內(nèi)部也存在電荷，只不過正電荷數(shù)量與負(fù)電荷數(shù)量相等。（2）當(dāng)物體相互吸引時，至少有一個物體帶電；當(dāng)兩帶電物體相互排斥時，二者必定帶同種電荷。【例1】下列判斷小球是否帶電的說法中正確的是（）a用一個帶電體靠近它，如果能夠吸引小球，則小球一定帶電b用一個帶電體靠近它，如果能夠排斥小球，則小球一定帶電c用驗(yàn)電器的金屬球接觸它后，如果驗(yàn)電器的金屬箔能改變角度，則小球一定帶電d如果小球能吸引小紙屑，則小球一定帶電解析：用一個帶電體靠近它，如果能夠吸引小球，小球可能帶異種電荷，也可能不帶電；如果能夠排斥小球，則小球一定帶同種電荷。用驗(yàn)電器的金屬球接觸它時，還需知道驗(yàn)電器金屬球的帶電情況才能予以判斷。能吸引輕小物體是帶電體的性質(zhì)。答案：bd2摩擦起電（1）摩擦起電的過程由于兩個物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，于是原來呈電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電。如玻璃棒與絲綢摩擦?xí)r，玻璃棒容易失去電子而帶正電；硬橡膠棒與毛皮摩擦?xí)r，硬橡膠棒容易得到電子而帶負(fù)電。（2）摩擦起電的本質(zhì)摩擦起電時，電荷并沒有憑空產(chǎn)生，其本質(zhì)是發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移，所以兩個相互摩擦的物體一定是同時帶上性質(zhì)不同的電荷，且電荷量相等?！纠?】用棉布分別與丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此對摩擦起電的說法正確的是（）a兩個物體摩擦?xí)r，表面粗糙的易失去電子b兩個物體摩擦起電時，一定同時帶上種類及數(shù)量不同的電荷c兩個物體摩擦起電時，帶上電荷的種類不同但數(shù)量相等d同一物體與不同種類物體摩擦，該物體的帶電荷種類可能不同解析：選項(xiàng)正誤解析a兩物體摩擦?xí)r得失電子取決于原子對電子的束縛力大小b由于摩擦起電的實(shí)質(zhì)是電子的得失，所以兩物體帶電種類一定不同，數(shù)量相等cd由題中例子不難看出同一物體與不同種類物體摩擦，帶電種類可能不同答案：cd3感應(yīng)起電（1）靜電感應(yīng)：當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷的現(xiàn)象。（2）感應(yīng)起電：利用靜電感應(yīng)使導(dǎo)體帶電的過程。（3）感應(yīng)起電的操作步驟：步驟如圖甲所示，使帶電體c（如帶正電）靠近相互接觸的兩導(dǎo)體a、b。保持c不動，用絕緣工具分開a、b。如圖乙所示，移走c，則a帶負(fù)電，b帶正電。如果先移走c，再分開a、b，結(jié)果會怎樣？若先移走c，再分開a、b，則a、b原來在c的作用下感應(yīng)出的異種電荷會立即中和，a、b分開后都不帶電。步驟感應(yīng)起電也可按下面的步驟進(jìn)行，如圖所示。（1）將一個帶電體a靠近導(dǎo)體球b。（2）用手接觸一下導(dǎo)體球b（相當(dāng)于將b球接地），再將手拿開。（3）移去帶電體a，則這時b帶上了和帶電體a異種的電荷。【例3】絕緣細(xì)線上端固定，下端掛一輕質(zhì)小球a，a的表面鍍有鋁膜。在a的近旁有一絕緣金屬球b，開始時，a、b都不帶電，如圖所示。現(xiàn)使b帶正電，則（）ab將吸引a，吸住后不放開bb先吸引a，接觸后又把a(bǔ)排斥開ca、b之間不發(fā)生相互作用db立即把a(bǔ)排斥開解析：答案：b4接觸起電（1）定義：一個物體帶電時，電荷之間會相互排斥，如果接觸另一個導(dǎo)體，電荷會轉(zhuǎn)移到這個導(dǎo)體上，使這個導(dǎo)體也帶電，這種帶電方式稱為接觸起電。（2）本質(zhì)：接觸起電的本質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移。（3）電荷量分配規(guī)律：接觸起電時，兩個物體最終電荷量的分配很復(fù)雜，但兩個原來相同的導(dǎo)體球相互接觸后，總電荷量平均分配。例如，將一個帶電的金屬小球跟另一個完全相同的不帶電的金屬小球接觸后分開，它們平分了原來的電荷而帶上等量同種電荷。思考：若給你幾個完全相同的金屬球，使其中一個帶上q的電荷，你有什么辦法使金屬球帶上、的電荷？方法：我們可以讓三個小球一起相互接觸，然后分開，這樣就可以使每個小球帶的電荷，同理可以得到或者其他數(shù)量的電荷。（4）驗(yàn)電器的工作原理驗(yàn)電器的原理是根據(jù)同種電荷相排斥，異種電荷相吸引的規(guī)律設(shè)計而成的。當(dāng)帶電體接觸驗(yàn)電器的金屬小球時，使金屬小球帶上電荷，這些電荷可以轉(zhuǎn)移到金屬箔片上，由于同種電荷的排斥作用，金屬箔片張開一定角度。注意：當(dāng)帶電體靠近但不接觸驗(yàn)電器的金屬球時，金屬箔片也可張開。因?yàn)閹щ婓w會使近端金屬球上感應(yīng)出異種電荷，而遠(yuǎn)端箔片上會感應(yīng)出同種電荷（感應(yīng)起電），在斥力作用下箔片張開?！纠?】兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球a、b，分別帶有電荷量qa6.4109 c，qb3.2109 c，讓兩絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移？轉(zhuǎn)移了多少？解析：兩小球接觸時，電荷量少的負(fù)電荷先被中和，剩余的正電荷再重新分配。即接觸后兩小球的電荷量qaqb c1.6109 c在接觸過程中，電子由b球轉(zhuǎn)移到a球，自身的凈電荷全部中和后，繼續(xù)轉(zhuǎn)移，直至其帶qb的正電，這樣，共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為q|qb|qb（3.21091.6109）c4.8109 c則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n個3.01010個。答案：見解析點(diǎn)評：（1）同種電荷和異種電荷的電荷量分配結(jié)果不同。應(yīng)用q1q2時，既要注意“完全相同”的條件，又要注意電性“”、“”的區(qū)別。（2）金屬導(dǎo)體內(nèi)能自由移動的是電子，正電荷的“移動”實(shí)質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移的等效結(jié)果。（3）任何帶電體的帶電荷量都應(yīng)是元電荷的整數(shù)倍。5電荷守恒定律（1）內(nèi)容：電荷既不會創(chuàng)生，也不會消滅，它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)移過程中，電荷總量保持不變，這個結(jié)論叫做電荷守恒定律。（2）電荷守恒定律的另一種表述：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變的。這個由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的定律是自然界的重要規(guī)律之一，它既適用于靜電荷，也適用于流動電荷；不僅在宏觀領(lǐng)域中成立，在微觀領(lǐng)域中同樣成立。與機(jī)械能守恒定律、能的轉(zhuǎn)化與守恒定律一樣，電荷守恒定律有著廣泛的應(yīng)用。（3）電荷中和現(xiàn)象：當(dāng)兩個帶異種電荷的導(dǎo)體接觸時，會發(fā)生電荷中和現(xiàn)象，電荷的中和是正負(fù)電荷對外表現(xiàn)的電性相互抵消，使得凈電荷減少或?yàn)榱悖?fù)電荷本身依然存在，并不是正負(fù)電荷消失，電荷不會消失，也不能被創(chuàng)造出來。（4）正、負(fù)電子對的湮沒與電荷守恒定律不矛盾因?yàn)檫@種情況下帶電粒子總是成對湮沒和產(chǎn)生的，兩種電荷數(shù)目相等，正負(fù)相反，而光子或中子都是中性的，本身不帶電，所以電荷的代數(shù)和不變。【例5】如圖所示，左邊是一個原來不帶電的導(dǎo)體，右邊c是后來靠近的帶正電的導(dǎo)體球，若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導(dǎo)體切開，分導(dǎo)體為a、b兩部分，這兩部分所帶電荷量的數(shù)值分別為qa、qb，則下列結(jié)論正確的是（）a沿虛線d切開，a帶負(fù)電，b帶正電，且qaqbb只有沿虛線b切開，才有a帶正電，b帶負(fù)電，且qaqbc沿虛線a切開，a帶正電，b帶負(fù)電，且qaqbd沿任意一條虛線切開，都有a帶正電，b帶負(fù)電，而qa、qb的值與所切的位置有關(guān)解析：導(dǎo)體原來不帶電，只是在c所帶正電荷的作用下，導(dǎo)體中的自由電子向b部分移動，使b部分多了電子而帶負(fù)電；a部分少了電子而帶正電。根據(jù)電荷守恒可知，a部分轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目和b部分多出的電子數(shù)目是相同的，因此無論從哪一條虛線切開，兩部分的電荷量總是相等的，不過從不同位置切開時，qa、qb的值是變化的，故只有d正確。答案：d6元電荷（1）電荷量：電荷的多少叫電荷量。其國際單位為庫侖，符號是c。（2）元電荷：科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最小電荷量，就是電子所帶的電荷量，這個最小的電荷量叫元電荷，用e表示，這是電荷的最小單位。（3）元電荷的數(shù)值：e1.601019 c。元電荷的數(shù)值最早是由美國科學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測得的。（4）比荷：電子的電荷量e和電子的質(zhì)量me之比叫電子的比荷。電子的比荷為 c/kg1.761011 c/kg。談重點(diǎn) （1）元電荷不是指某電荷。（2）物體帶的電荷量是不能連續(xù)變化，只能是元電荷的整數(shù)倍。（3）比較帶電的多少，要比較的是其電荷量的絕對值，絕對值大的帶電多，盡管電荷量有正負(fù)值（正號一般省略），要知道這里的“”“”號不表示電荷量的大小，只代表電荷的性質(zhì)（種類）?！纠?】一個粒子（he）所帶電荷量是多少庫侖？一個帶正電荷量為0.32 c的灰塵粒子是得到還是失去電子？得到或失去電子的個數(shù)是多少？解析：he帶有兩個元電荷的正電，所以帶電荷量為21.61019 c3.21019 c。因灰塵帶正電，故是失去電子。又因?yàn)閹щ婓w的電荷量總是元電荷的整數(shù)倍，而電子的電荷量恰好為一個元電荷，故失去電子的個數(shù)為n21012（個）。答案：3.21019 c失去電子21012個7電荷間的相互作用規(guī)律及應(yīng)用（1）電荷間有相互作用力，同種電荷互相排斥，異種電荷相互吸引，兩電荷間的相互作用力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。（2）發(fā)生相互作用時未必都帶電，要注意帶電體不管正負(fù)，都有吸引輕小物體的性質(zhì)，無論輕小物體是導(dǎo)體還是絕緣體，帶電體對其中的自由電子都有吸引力或排斥力。如果輕小物體是電介質(zhì)（即絕緣體），由于電介質(zhì)里的每個分子都是由帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核組成的，并且正、負(fù)電荷結(jié)合得比較緊密，處于束縛狀態(tài)，幾乎沒有自由電荷。在帶電體的作用下，電介質(zhì)的表面上會出現(xiàn)束縛電荷的現(xiàn)象，叫做電介質(zhì)的極化。由于電介質(zhì)極化，使其在靠近帶電體的一面出現(xiàn)與帶電體異種的電荷，遠(yuǎn)的一端出現(xiàn)與帶電體同種的電荷，這樣帶電體對異種電荷的吸引力大于對同種電荷的排斥力，從而可以吸引輕小物體。（3）檢驗(yàn)物體是否帶電的方法用待測物體去接近輕小物體，看它是否能吸引輕小物體。讓待測物體接觸驗(yàn)電器上的金屬球，根據(jù)金屬箔片是否張開來判斷待測物體是否帶電。8三種起電方式的理解和應(yīng)用（1）物體的起電方式有三種：摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電，從物體起電的各種方式不難看出，它們都不是創(chuàng)造了電荷，只是電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到了另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分，這三種起電方式的本質(zhì)都是電荷的轉(zhuǎn)移，電荷總量保持不變。（2）對于摩擦起電問題，要明確正電荷被束縛在原子核內(nèi)，不能脫離原子核而隨便移動，即相互摩擦的兩個物體中轉(zhuǎn)移的不可能是正電荷，只能是負(fù)電荷即電子。（3）接觸起電過程中電子轉(zhuǎn)移的規(guī)律帶正電荷的物體與帶負(fù)電荷的物體接觸，電子由帶負(fù)電荷的物體轉(zhuǎn)移到帶正電荷的物體上。帶正電荷的物體與不帶電的中性物體接觸，電子由中性物體轉(zhuǎn)移到帶正電荷的物體上。帶負(fù)電荷的物體與不帶電的中性物體接觸，電子由帶負(fù)電荷的物體轉(zhuǎn)移到中性物體上。（4）接觸起電電荷量分配原則形狀完全相同的兩個小球a若一個帶電，一個不帶電，兩小球接觸后再分開，則電荷量平分。b若兩小球分別帶同種電荷q1、q2，兩者接觸后再分開，則每個小球帶電荷量為。c若兩小球分別帶異種電荷q1、q2，兩者接觸后再分開，則每個小球帶電荷量為。不完全相同的金屬物體接觸后電荷分配規(guī)律：不一定均分，分配的比例與兩個導(dǎo)體的大小及形狀有關(guān)，如果兩個導(dǎo)體的大小形狀確定，則分配比例一定。（5）感應(yīng)起電的判斷方法當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷。凡是遇到接地問題時，該導(dǎo)體與地球可視為一體，而且該導(dǎo)體可視為近端物體，帶異種電荷，地球就成為遠(yuǎn)端導(dǎo)體，帶同種電荷。（6）絕緣體不能被感應(yīng)起電：感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體中的正負(fù)電荷在帶電體的作用下，發(fā)生了分離，只有導(dǎo)體中的電子才能自由移動，而絕緣體上的電子不能自由地移動，所以導(dǎo)體能夠發(fā)生感應(yīng)起電，而絕緣體不能?！纠?1】把兩個完全相同的金屬球a和b接觸一下，再分開一小段距離，發(fā)現(xiàn)兩球互相排斥，則a、b兩球原來的帶電情況可能是（）aa和b原來帶有等量異種電荷ba和b原來帶有同種電荷ca和b原來帶有不等量異種電荷da和b原來只有一個帶電解析：選項(xiàng)正誤解析aa和b接觸后正負(fù)電荷將中和，分開后都不帶電，自然不會排斥ba和b原來帶有同種電荷，接觸后總電荷量均分，帶有等量同種電荷，所以互相排斥ca和b原來帶有不等量異種電荷，接觸后正負(fù)電荷將先中和，剩余電荷分開后將均分，分別帶有等量同種電荷，所以互相排斥da和b原來只有一個帶電，接觸后電荷量均分，帶有等量同種電荷，所以互相排斥答案：bcd【例72】掛在絕緣細(xì)線下的兩個輕質(zhì)小球，表面鍍有金屬薄膜，由于電荷的相互作用而靠近或遠(yuǎn)離，分別如圖甲、乙所示，則（）a甲圖中兩球一定帶異種電荷 b乙圖中兩球一定帶同種電荷c甲圖中兩球至少有一個帶電 d乙圖中兩球只有一個帶電解析：題目中的小球都是鍍有金屬薄膜的輕質(zhì)小球，帶電物體具有吸引輕小物體的性質(zhì)，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，所以可以判斷出甲圖的現(xiàn)象可以是兩個帶異種電荷的小球，也可以是一個小球帶電而另一個小球不帶電；兩個小球由于相互排斥而出現(xiàn)乙圖中的現(xiàn)象，則必須都帶電且是同種電荷。答案：bc【例81】m和n是兩個都不帶電的物體。它們互相摩擦后，m帶正電荷3.2109 c，下列判斷正確的有（）a在摩擦前m和n的內(nèi)部沒有任何電荷b摩擦過程中電子從m轉(zhuǎn)移到ncn在摩擦后一定帶負(fù)電荷3.2109 cdm在摩擦過程中失去21010個電子解析：選項(xiàng)正誤解析a在摩擦前，物體內(nèi)部存在著等量的異種電荷，對外不顯電性。bm失去電子帶正電，n得到電子帶負(fù)電，所以電子是從m轉(zhuǎn)移到n。c在摩擦起電過程中，得失電子數(shù)目是相等的，根據(jù)電荷守恒定律，m帶正電荷3.2109 c，則n一定帶負(fù)電荷3.2109 cdm失去的電子數(shù)為n個21010個答案：bcd【例82】完全相同的兩個金屬小球a、b帶有等量同種電荷，相隔一定的距離，現(xiàn)讓第三個相同的不帶電金屬小球先后與a、b接觸后再移開。求接觸后a、b兩球所帶的電荷量之比。解析：設(shè)a、b兩球所帶電荷量為q，第三個小球先與a接觸，電荷量平均分配，各帶電荷量，第三個小球再與b球接觸，兩球電荷量之和平均分配，各帶q，因此a、b帶電荷量之比。答案：23【例83】如圖所示，不帶電的枕形導(dǎo)體的a、b兩端各貼有一對金箔。當(dāng)枕形導(dǎo)體的a端靠近一帶電導(dǎo)體c時（）aa端金箔張開，b端金箔閉合b用手觸摸枕形導(dǎo)體后，a端金箔仍張開，b端金箔閉合c用手觸摸枕形導(dǎo)體后，將手和c都移走，兩對金箔均張開d選項(xiàng)a中兩對金箔分別帶異種電荷，選項(xiàng)c中兩對金箔帶同種電荷解析：根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象，帶正電的導(dǎo)體c放在枕形導(dǎo)體a端附近，在a端出現(xiàn)了負(fù)電荷，在b端出現(xiàn)了正電荷。金箔因帶同種電荷相斥而張開。用手觸摸枕形導(dǎo)體后，b端不再是最遠(yuǎn)端了，人是導(dǎo)體，人的腳部連接的地球是最遠(yuǎn)端，這樣b端不再有電荷，b端金箔閉合。用手觸摸導(dǎo)體時，只有a端帶負(fù)