高中物理 第1節(jié) 電荷及其守恒定律精品課件 新人教版選修31.ppt

情景切入自古以來 人們就對(duì)自然充滿敬畏與好奇 電閃雷鳴 是一種常出現(xiàn)在暴風(fēng)雨中的自然現(xiàn)象 它是那樣的神秘 來去匆匆 稍縱即逝 如圖1 它給人們帶來甘霖 同時(shí)也給人們帶來恐懼 幾千年以來人們一直想探究其中的奧秘 更想將它駕馭于手中 美國科學(xué)家富蘭克林就曾冒著生命危險(xiǎn) 嘗試用風(fēng)箏去捕捉雷電 如圖2 圖1電閃雷鳴與靜電有關(guān) 圖2富蘭克林做風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)電是那樣的實(shí)在 給我們的生活帶來極大的方便 電又是那樣的神奇 讓人看不見 摸不著 電是什么 我們又該如何認(rèn)識(shí)它呢 知識(shí)導(dǎo)航本章從電荷在電場中受力和電場力做功兩個(gè)角度研究電場的基本性質(zhì) 在學(xué)習(xí)過程中要掌握七個(gè)概念 二個(gè)定律 一個(gè)規(guī)律 兩種關(guān)系 一種研究方法 七個(gè)概念 電場強(qiáng)度 電場線 電勢 電勢能 電勢差 電容 電容器二個(gè)定律 電荷及其守恒定律 庫侖定律一個(gè)規(guī)律 帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律兩種關(guān)系 電場力做功與電勢能的變化關(guān)系 勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系一種研究方法 比值定義法 其中 庫侖定律的應(yīng)用 電場力做功 電荷電勢能的變化規(guī)律 即能的轉(zhuǎn)化與守恒定律 電容器構(gòu)成的電路動(dòng)態(tài)分析 帶電粒子 微粒 在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)是本章的難點(diǎn) 本章的內(nèi)容是電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí) 也是學(xué)習(xí)以后各章的準(zhǔn)備知識(shí) 學(xué)法指導(dǎo)1 本章的特點(diǎn)是 基本概念多且抽象 許多知識(shí)要在力學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)和運(yùn)用 因此學(xué)習(xí)中應(yīng)注意復(fù)習(xí)必要的力學(xué)知識(shí) 以便能夠自然地把力學(xué)和電學(xué)知識(shí)密切聯(lián)系起來 2 電場強(qiáng)度的定義是一種新型的定義方法 比值定義法 也是物理學(xué)中的一個(gè)常用方法 要能正確理解電場強(qiáng)度和試探電荷所受的電場力無關(guān) 和試探電荷q無關(guān)的結(jié)論 3 電勢的概念也是電場的一個(gè)非常重要的概念 能理解它的具體含義 知道它是反應(yīng)電場中能的性質(zhì)的物理量 它和電場強(qiáng)度一樣也是用比值定義法來定義的 要進(jìn)一步理解比值定義法的實(shí)用價(jià)值 4 電場線和等勢面是為了形象化理解電場而引入的假想的線 實(shí)際不存在 但在解決電場中電場強(qiáng)度大小的比較 電勢的高低 電荷電勢能高低的比較 電場力對(duì)電荷做功正負(fù)等方面有非常重要的實(shí)用價(jià)值 要切實(shí)掌握 5 本章知識(shí)在實(shí)際中有廣泛的應(yīng)用 現(xiàn)行教材中特別注意理論與實(shí)際的結(jié)合 從內(nèi)容到習(xí)題和閱讀材料 有許多現(xiàn)代化設(shè)備的介紹 如靜電復(fù)印 范德格拉夫靜電加速器的利用等 通過這些介紹 可以使理論更好地與生活實(shí)際相聯(lián)系 對(duì)學(xué)好這些物理知識(shí)有很大的幫助作用 而且也可以拓展思路 學(xué)會(huì)用理論知識(shí)去分析和解決實(shí)際問題 在干燥的冬天 你也許有過這樣的經(jīng)歷 當(dāng)你經(jīng)過鋪有地毯的走道來到房間門口 在伸手接觸金屬門把的一剎那 突然聽到 啪 的一聲 手被麻了一下 弄得你虛驚一場 下圖 是誰在惡作劇 1 自然界只存在兩種電荷 用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷是一種 用毛皮摩擦過的所帶的電荷是另一種 美國科學(xué)家富蘭克林 如圖 把前者命名為 把后者命名為 2 金屬中離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會(huì)脫離原子核的而在金屬中自由活動(dòng) 這種電子叫 失去電子的原子便成為帶電的 硬橡膠棒 正電荷 負(fù)電荷 自由電子 正 離子 束 縛 3 使物體帶電的方法有三種 如圖 它們分別是三種帶電方式的實(shí)質(zhì)都是一樣的 都是使電荷從轉(zhuǎn)移到 或從物體的轉(zhuǎn)移到 一個(gè)物體 另一個(gè)物體 一部分 另一部分 4 到目前為止 科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最小電荷量是所帶的電荷量 帶有跟電子等量的異種電荷 這個(gè)最小的電荷用e表示e 電子 質(zhì)子 正電子 1 60 10 19c 1電荷 1 用絲綢摩擦過的玻璃棒和用毛皮摩擦過的橡膠棒都可以吸引碎紙屑 下圖 物體有了這種能吸引輕小物體的性質(zhì) 就說它帶了電荷 簡稱帶了電 2 自然界中只存在兩種電荷 正電荷和負(fù)電荷 同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引 特別提醒 盡管電荷量有正負(fù)值 正號(hào)一般省略 要知道這里的 號(hào)代表電荷的性質(zhì) 種類 與數(shù)學(xué)中的正負(fù)號(hào)的含義不同 不顯電性的物體內(nèi)有電荷嗎 答案 物體由原子組成 原子由電子和原子核組成 而原子核又由中子和質(zhì)子組成 其中質(zhì)子帶正電 電子帶負(fù)電 原子所含的電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等 因此不顯電性的物體內(nèi)同樣存在電荷 1 摩擦起電 當(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r 一些束縛得不緊的電子往往從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 于是原來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 這就是摩擦起電 2 感應(yīng)起電 當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí) 由于電荷間相互吸引或排斥 導(dǎo)體中的自由電荷便會(huì)趨向或遠(yuǎn)離帶電體 使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號(hào)電荷 遠(yuǎn)離的一端帶同號(hào)電荷 這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng) 利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫做感應(yīng)起電 注 感應(yīng)起電有嚴(yán)格的操作步驟 a 使帶電體c 如帶正電 靠近相互接觸的兩導(dǎo)體a b 如圖甲 b 保持c不動(dòng) 用絕緣工具分開a b c 移走c 則a帶負(fù)電 b帶正電 如圖乙 如果先移走c 再分開a b 那么原來a b上感應(yīng)出的異種電荷立即中和 不會(huì)使a b帶電 特別提醒 感應(yīng)起電時(shí) 保持帶電導(dǎo)體對(duì)外絕緣是成功的關(guān)鍵 在干燥的環(huán)境中操作是必要的條件 3 接觸起電 用帶電物體與不帶電物體接觸或兩個(gè)帶相反電荷但所帶電荷量不同的物體相接觸 都可以使物體帶電 前一種情況是兩物體帶同種性質(zhì)的電荷 如果兩個(gè)物體相同則平分電荷量 后一種情況是兩個(gè)物體先中和相同量的異種電荷 然后分配剩余電荷 特別提醒 接觸起電與感應(yīng)起電的異同點(diǎn)如下 1 相同點(diǎn) 實(shí)質(zhì)相同 都是電子的轉(zhuǎn)移 2 不同點(diǎn) 前者必須接觸 后者只需靠近 為什么能發(fā)生感應(yīng)起電的是導(dǎo)體而不是絕緣體 答案 感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是在帶電體上電荷的作用下 導(dǎo)體上的正負(fù)電荷發(fā)生了分離 使電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分 只有導(dǎo)體上的電子才能自由移動(dòng) 絕緣體上的電子不能自由移動(dòng) 所以導(dǎo)體能發(fā)生感應(yīng)起電 而絕緣體不能 電荷守恒定律 電荷既不能創(chuàng)造 也不能消滅 只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 在任何轉(zhuǎn)移的過程中 電荷的總量不變 電荷守恒定律也常表述為 一個(gè)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 特別提醒 1 在一定條件下 電荷是可以產(chǎn)生和湮滅的 但電荷的代數(shù)和不變 如一對(duì)正 負(fù)電子可同時(shí)湮滅 轉(zhuǎn)化為光子 2 電荷守恒是自然界重要的基本規(guī)律之一 當(dāng)兩個(gè)帶異種電荷的導(dǎo)體接觸時(shí) 會(huì)發(fā)生電荷的中和現(xiàn)象 中和的電荷是不是消失了 答案 不是 所謂 中和 是指兩個(gè)帶等量異種電荷的物體相互接觸時(shí) 由于正負(fù)電荷間的吸引作用 電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移 最后都達(dá)到中性狀態(tài)的一個(gè)過程 1 通常把e 1 60 10 19c的電荷叫做元電荷 所有帶電體的電荷都是元電荷的整數(shù)倍 元電荷并非是一種電荷 而是最小電荷量值 它也是電荷量的最小單位 2 電子的電荷量和其質(zhì)量的比值 叫做電子的比荷 電子的比荷為 有人說質(zhì)子或電子是元電荷 對(duì)嗎 質(zhì)子和電子的比荷相同嗎 答案 不是 元電荷是最小的帶電單位 不是帶電粒子 沒有電性之說 質(zhì)子 電子的電荷量相同 但質(zhì)子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子 所以電子的比荷大于質(zhì)子的比荷 誤區(qū)1 相互吸引的一定是帶異種電荷的物體 點(diǎn)撥 除了帶異種電荷的物體相互吸引之外 帶電體有吸引輕小物體的特性 這里的 輕小物體 可能不帶電 誤區(qū)2 兩個(gè)帶電體相互接觸后電荷量平分 點(diǎn)撥 并不是所有情況下接觸后電荷量都能夠進(jìn)行平分 電荷量平分只能在一種情況下滿足 那就是兩個(gè)相互接觸的物體必須是兩個(gè)完全相同的球體 誤區(qū)3 通過一定的方法可以使物體帶上任意大小的電量 點(diǎn)撥 電荷量不能連續(xù)變化 因?yàn)樽钚〉碾姾闪繛? 60 10 19c 質(zhì)子及電子所帶電荷量的絕對(duì)值與元電荷電荷量相等 但不能說它們帶有一個(gè)元電荷 a導(dǎo)體帶負(fù)電荷 b導(dǎo)體帶同樣多的正電荷 將a b兩導(dǎo)體連在一起 以下說法正確的是 a 兩導(dǎo)體上的正負(fù)電荷完全消失了b a導(dǎo)體上的負(fù)電荷全部跑到b導(dǎo)體上去了 而b導(dǎo)體上的正電荷全部跑到a導(dǎo)體上去了c a導(dǎo)體上的一部分負(fù)電荷跑到b導(dǎo)體上 而b導(dǎo)體上的一部分正電荷跑到a導(dǎo)體上 剛好被中和d 以上說法均不正確 解析 容易錯(cuò)選ab 錯(cuò)選原因?yàn)?從電荷的中和結(jié)果是彼此不帶電的認(rèn)識(shí)上 誤認(rèn)為電荷消失了 從而錯(cuò)選a 這其實(shí)違背了電荷守恒定律 沒有考慮到只有自由電荷才可以定向移動(dòng) 從而錯(cuò)選b 導(dǎo)體中只有自由電子可以自由移動(dòng) 正確選項(xiàng)為d a b兩個(gè)導(dǎo)體帶有等量的異種電荷 把它們連在一起 發(fā)生了電中和現(xiàn)象 其實(shí)質(zhì)是a導(dǎo)體上的多余電子 負(fù)電荷 全部跑到b導(dǎo)體上 與b導(dǎo)體上等量的正電荷中和了 答案 d 點(diǎn)評(píng) 1 等量異種電荷的中和是正 負(fù)電荷完全相互抵消 即凈電荷為零 正 負(fù)電荷本身依然存在 并不是正 負(fù)電荷分別消失 電荷既不能創(chuàng)造 也不能消失 可見電荷的中和是 凈電荷 的減少或消失 2 在導(dǎo)體中 只有能自由移動(dòng)的電荷才能發(fā)生移動(dòng) 如金屬導(dǎo)體中能移動(dòng)的是帶負(fù)電的電子 關(guān)于電荷量的下列說法中哪些是錯(cuò)誤的 a 物體所帶的電荷量可以為任意實(shí)數(shù)b 物體所帶的電荷量只能是某些值c 物體帶正電荷1 6 10 9c 這是因?yàn)槭チ? 0 1010個(gè)電子d 物體帶電荷量的最小值是1 6 10 19c答案 a 解析 任何帶電體的電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍 而不是任意值 物體帶電荷量的最小值應(yīng)為元電荷量的1倍 是e 1 6 10 19c物體帶正電是因?yàn)槭ル娮?失電子的個(gè)數(shù)為n q e故選項(xiàng)a符合題意 給你一個(gè)帶正電荷的金屬球a 和兩個(gè)不帶電的金屬球b c 你有哪些辦法可以讓b帶負(fù)電 有哪些辦法可以讓b帶正電 解析 使b球帶負(fù)電的方法有 方法一 先使b與c靠在一起 讓a靠近b 然后分開b c再移走a b就帶負(fù)電 方法二 讓a靠近b 用手接觸一下b球 把手拿開后 b就帶負(fù)電 方法三 讓a靠近b 用一根導(dǎo)線把b與大地連接后 撤去導(dǎo)線 移去a 則b帶負(fù)電 使b球帶正電的方法有 方法一 讓a與b接觸后再分開 則b帶正電荷 方法二 先使b與c靠在一起 讓a靠近c(diǎn) 然后分開b c 再移走a 則b帶正電 點(diǎn)評(píng) 使物體帶電的方式有摩擦起電 接觸起電和感應(yīng)起電 摩擦起電一般限于使絕緣體帶電 接觸起電使相互接觸的兩個(gè)導(dǎo)體只能帶同種電荷 而感應(yīng)起電則可根據(jù)需要使導(dǎo)體帶各種電荷 且不改變施感電荷的電荷量 2009 惠陽高二檢測 使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器 驗(yàn)電器的箔片張開 下列各圖表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況 正確的是 答案 b 用綢布摩擦有機(jī)玻璃棒后 將玻璃棒靠近懸吊著的用錫紙揉成的小紙團(tuán)時(shí) 原本不帶電的錫紙團(tuán)會(huì)被吸引 然后又被彈開 試解釋這個(gè)現(xiàn)象 解析 綢布摩擦過的玻璃棒a帶上了正電 當(dāng)它靠近錫紙團(tuán)b 導(dǎo)體 時(shí) 產(chǎn)生靜電感應(yīng) 右圖 感應(yīng)負(fù)電荷被a上正電荷吸引 感應(yīng)正電荷被a上正電荷排斥 因感應(yīng)正電荷比感應(yīng)負(fù)電荷離a遠(yuǎn) 排斥力小于吸引力 故錫紙團(tuán)受吸引力作用而靠攏a 一旦錫紙團(tuán)b與a接觸 原本總體呈中性的b便得到從a轉(zhuǎn)移過來的正電荷而帶上正電 其實(shí)質(zhì)是中性導(dǎo)體b上的電子轉(zhuǎn)移到a上 b缺少電子后便帶正電 于是a b因帶同種電荷互相排斥而分離 點(diǎn)評(píng) 本題考查了三個(gè)知識(shí)點(diǎn) 1 帶電體有吸引輕小物體的性質(zhì) 2 接觸帶電 3 同種電荷相互排斥 絕緣細(xì)線上端固定 下端懸掛一個(gè)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(shí) a b都不帶電 如圖所示 現(xiàn)使a b分別帶正 負(fù)電 則 a b將吸引a 吸引后不放開b b先吸引a接觸后又分開c a b之間不發(fā)生相互作用d b立即把a(bǔ)排斥開答案 b 解析 因a帶正電 b帶負(fù)電 異種電荷相互吸引 輕質(zhì)小球?qū)⑾騜靠攏并與b接觸 當(dāng)小球a與b接觸后 將對(duì)兩球所帶的電荷進(jìn)行重新分配 結(jié)果兩球帶同種電荷 正電或負(fù)電 因此兩球?qū)?huì)排斥開 若a b原先帶電荷量相等 則a b接觸后中和而都不帶電 a b由此分開 人體吸收空氣中的負(fù)離子后 能增強(qiáng)心肺功能 促進(jìn)血液循環(huán) 加快新陳代謝 提高免疫能力 還能提高大腦中樞神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用 目前醫(yī)學(xué)上也常用 負(fù)離子發(fā)生器 產(chǎn)生負(fù)離子來治療氣管炎 哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病 1 請你利用所學(xué)知識(shí)分析 負(fù)離子發(fā)生器 是怎樣產(chǎn)生的負(fù)離子 你認(rèn)為都市中什么地方 什么時(shí)候負(fù)離子含量多 空氣新鮮 2 空氣中的負(fù)離子 主要是氧氣結(jié)合自由電子形成的 寫出形成負(fù)氧離子的反應(yīng)式 3 雨林 噴泉 瀑布附近空氣特別清新 而室內(nèi)電器工作時(shí)空氣負(fù)離子少 為什么 解析 1 負(fù)離子發(fā)生器 是利用高壓電場使空氣分子電離而產(chǎn)生負(fù)離子的 都市公園內(nèi)的早晨空氣新鮮 負(fù)離子含量多 2 空氣中負(fù)氧離子產(chǎn)生的反應(yīng)式為o2 4e 2o2 3 雨林 噴泉 瀑布附近 空氣潮濕 空氣流動(dòng)時(shí)微小水滴會(huì)因摩擦而帶電 從而使周圍的空氣分子帶上電 而電器室內(nèi) 一是空氣穩(wěn)定 二是電器工作時(shí)要產(chǎn)生靜電與空氣負(fù)離子中和 負(fù)離子要少 點(diǎn)評(píng) 本題以空氣負(fù)離子為背景 將物理 化學(xué) 生物結(jié)合起