高二物理電荷及其守恒定律1

1、第一章第一章 靜電場靜電場第一節(jié)第一節(jié) 電荷及其守恒定律電荷及其守恒定律課標(biāo)解讀1.知道常用的起電方法和各種起電方法的實質(zhì).2.知道電荷守恒定律的內(nèi)容,并能運(yùn)用其進(jìn)行簡單觀察的分析.3.知道元電荷的概念及其數(shù)值.4.知道電荷量的概念.課前自主學(xué)習(xí)一 電荷1.物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu):原子核由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成,核外的電子靠質(zhì)子的吸引力維系在原子核的附近,原子核的正電荷的數(shù)量與電子的負(fù)電荷的數(shù)量相等,所以整個原子對外界較遠(yuǎn)位置表現(xiàn)為電中性.2.三種起電方式.(1)摩擦起電:用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電,絲綢則帶有等量的負(fù)電荷.這是因為玻璃棒上的部分電子轉(zhuǎn)移到了絲綢上;用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電,

2、毛皮帶等量的正電荷這是因為毛皮上的部分電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上.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,這種電子叫自由電子,失去電子的原子便成了帶正電的離子.(2)感應(yīng)起電:把電荷移近不帶電的導(dǎo)體,可以使靠近帶電體的一端帶異號電荷,遠(yuǎn)離的一端帶同號電荷這種現(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.(3)接觸起電:不帶電的物體與帶電體接觸.能使不帶電的物體帶上電荷,這種帶電方式稱為接觸起電.兩完全相同的物體接觸,會將電荷量平分. 二 電荷守恒定律.1.電荷守恒定律: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

3、分,在轉(zhuǎn)移過程中,電荷的總量保持不變.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)和保持不變.3.起電過程的實質(zhì):微觀帶電粒子(如電子)在物體之間或物體內(nèi)部轉(zhuǎn)移而不是創(chuàng)造出了電荷.三 電荷量1.電荷量:電荷的多少,其國際單位是庫侖,簡稱庫,用C表示.2.元電荷:最小的電荷量,即電子或質(zhì)子所帶的電荷量,用e表示,e=1.6010-19C,最早由美國物理學(xué)家密立根測得.3.比荷:帶電體的電荷量與質(zhì)量的比值叫做帶電體的比荷,電子的比荷為 =1.761011 C/kg.eem知識梳理圖課堂互動探究一 使物體帶電的方式1.兩種電荷自然界中只有兩種電荷,即正電荷和負(fù)電荷.規(guī)定用絲

4、綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷為正電荷,用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷為負(fù)電荷.2.靜電的產(chǎn)生(1)摩擦起電:當(dāng)兩種不同材料的物體互相摩擦?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.如毛皮摩擦橡膠棒,橡膠棒帶負(fù)電;絲綢摩擦玻璃棒,玻璃棒帶正電.(2)接觸起電:一個帶電物體去接觸另一個導(dǎo)體時,電荷會轉(zhuǎn)移到那個導(dǎo)體上,使物體帶電.完全相同的兩個帶電體接觸,凈電荷平均分配.如甲 乙兩個完全相同的金屬球分別帶+10 C和-6 C電量,接觸后均帶+2 C的電量.(3)感應(yīng)起電:當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時,由于電荷之間相互吸引或排斥,導(dǎo)

5、體中的自由電子會趨向或遠(yuǎn)離帶電體,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷,遠(yuǎn)離的一端帶同種電荷,這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng).利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程稱為感應(yīng)起電,如下圖.帶正電的球C移近導(dǎo)體A時,A B的兩端分別出現(xiàn)“-”“+”電荷,保持C球不動,用絕緣工具將A B分開后,再將C移走,則A帶負(fù)電,B帶正電. 如果先將C移開,再把A B分開,A B不會帶電.3.靜電產(chǎn)生的微觀解釋:(1)構(gòu)成物質(zhì)的原子是由原子中心帶正電的原子核和核外電子組成的,一般情況下原子核的正電荷的數(shù)量與電子的負(fù)電荷的數(shù)量一樣多,整個原子顯中性.(2)在多種起電方式中,都會使原來中性的物體帶電,但無論帶正電還是帶負(fù)電,起電的實質(zhì)都

6、是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移.二 電荷守恒定律 元電荷1.電荷守恒定律大量事實證明,電荷既不能創(chuàng)生也不會消滅,只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,在轉(zhuǎn)移的過程中,電荷的總量保持不變,這個規(guī)律叫做電荷守恒定律.注意:(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,如一對正 負(fù)電子相遇湮滅,轉(zhuǎn)化為一對光子;一個中子衰變成一個質(zhì)子和一個電子,這兩種情況帶電粒子總是成對湮滅和產(chǎn)生,兩種電荷的數(shù)目相等,正負(fù)相反,而光子和中子都是中性,本身不帶電,所以電荷的代數(shù)和不變,因此電荷守恒定律也可敘述為: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.(2)電荷守恒定律

7、是自然界重要的基本規(guī)律之一.2.元電荷(1)電荷量:電荷的多少叫電荷量,常用符號Q或q表示.在國際單位制中,電荷量的單位是庫侖,簡稱庫,用符號C表示.(2)元電荷:電子所帶電量是最小的電荷量,人們把這個最小電荷量叫做元電荷,用e表示,e=1.6021773310-19 C,所有帶電體的電荷量或者等于e,或者是e的整數(shù)倍.(3)比荷:帶電粒子的電荷量與其質(zhì)量的比值叫做該粒子的比荷,如電子的比荷 =1.761011 C/kg.eem三 驗電器的工作原理及作用1.原理:驗電器是根據(jù)同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引的規(guī)律設(shè)計的.運(yùn)用時,要區(qū)別并掌握其起電方式是接觸還是感應(yīng).且要理解起電的本質(zhì):在驗電

8、器的金屬小球和金屬箔間能轉(zhuǎn)移的電荷只能是電子.2.作用:驗電器可以用來判斷物體是否帶電,又可以演示靜電感應(yīng)的現(xiàn)象.典例分析一 對靜電現(xiàn)象的理解例1:下列說法中正確的是( )A.不帶電的物體上,即沒有正電荷也沒有負(fù)電荷B.物體所帶的電荷量可以是任意實數(shù)C.摩擦起電的過程,是通過摩擦創(chuàng)造了等量異種電荷的過程D.帶電現(xiàn)象的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移,呈電中性的物體得電子就一定顯負(fù)電性,失去電子就一定顯正電性解析:物體不帶電,是由于其內(nèi)部正 負(fù)電荷的量值相等,對外不顯電性,故A選項錯誤;自然界中的電荷量不是任意無限可分的,其最小單位為元電荷所帶電荷量,即e=1.610-19 C,故B選項錯誤;摩擦起電的過程是電

9、子轉(zhuǎn)移的過程,呈電中性的物體得到電子顯示負(fù)電性,失去電子的物體顯示正電性,此過程中并不會創(chuàng)造電荷,電荷的總量是保持不變的,故C選項錯誤;D選項正確.答案:D名師點(diǎn)撥:本題主要考查物體帶電的實質(zhì),得到電子的帶負(fù)電,失去電子的帶正電,帶電荷量只能是元電荷電荷量的整數(shù)倍,各種帶電方式并沒有創(chuàng)造電荷. 鞏固練習(xí)1.下列關(guān)于帶電現(xiàn)象的說法中正確的是( )A.玻璃棒無論與什么物質(zhì)摩擦都帶正電,橡膠棒無論與什么物質(zhì)摩擦都帶負(fù)電B.相互摩擦的兩個物體一定能起電C.帶電現(xiàn)象的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移,物體得到電子,就一定顯負(fù)電性,失去電子就顯正電性D.物體通常呈現(xiàn)電中性,是因為物體的正 負(fù)電荷一樣多解析:玻璃棒與絲綢摩

10、擦后會失去電子因而帶正電,但玻璃棒與其他物體摩擦后不一定總是失去電子,因而不能確定其電性,同理也無法確定橡膠棒的電性,故A選項錯誤;并不是任意兩個物體間摩擦?xí)r都能起電,故B選項錯誤;物體如果原帶電,得到電子后可能帶正電,也可能帶負(fù)電,也可能不帶電.故C選項錯誤;不帶電的物體內(nèi)正 負(fù)電荷相等,所以顯電中性,故D選項正確.答案:D二 對感應(yīng)起電的理解例2:如圖所示,A B為相互接觸的用絕緣支柱支持的金屬導(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,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,然后移去C,A B上的金屬箔

11、片仍張開C.先把C移走,再把A B分開,A B上的金屬箔片仍張開D.先把A B分開,再把C移去,然后重新讓A B接觸,A上的金屬箔片張開,而B上的金屬箔片閉合解析: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,使得A端積累了負(fù)電荷,B端積累了正電荷,其下部貼有的金屬箔片因為接觸帶電,也分別帶上了與A B同種的電荷.由于同種電荷間的斥力,所以金屬箔片都張開,A選項正確.C只有一直在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,因為A B已經(jīng)絕緣,所帶電荷量也不能變,金屬箔片仍張開,B選項正確.但如果先移走C,A B上的感應(yīng)

12、電荷會馬上在其相互之間的庫侖力作用下吸引中和,不再帶電,所以箔片都不會張開,C選項錯誤.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)電荷完全中和,箔片都不會張開,D選項錯誤.答案:AB名師點(diǎn)撥:本題考查靜電感應(yīng)知識,解答時明確靜電感應(yīng)不是產(chǎn)生了電荷,而是電荷的轉(zhuǎn)移,電荷重新分布后在靜電感應(yīng)存在的情況下,把原來的中性導(dǎo)體分開,分開后會使導(dǎo)體帶等量的異種電荷.鞏固練習(xí)2.使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器,驗電器的箔片張開,下圖中表示驗電器上感應(yīng)電荷的分布情況正確的是( ) 解析:帶負(fù)電的金屬球靠近不帶電的驗電器時,在驗電器的頂部帶上正電,金屬箔片帶負(fù)電,B選項正確

13、.答案:B三 對電荷守恒定律的理解和應(yīng)用例3:有兩個完全相同的帶電絕緣金屬小球A B分別帶有電荷量QA=6.410-9 C,QB=-3.210-9 C,讓兩絕緣金屬小球接觸,在接觸過程中,電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少?解析:首先弄清電荷接觸后先中和后平分.當(dāng)兩個小球接觸時,帶電荷量少的負(fù)電荷先被中和,剩余的正電荷再重新分配.由于兩小球相同,剩余正電荷必均分,即接觸后兩小球帶電荷量.QA=QB=(QA+QB)/2= =1.610-9 C.996.4 103.2 102C在接觸過程中,電子由B球轉(zhuǎn)移到A球,不僅將自身電荷中和且繼續(xù)轉(zhuǎn)移,使B球帶QB的正電,這樣,共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為Q=-QB+QB=3

14、.210-9 C+1.610-9 C=4.810-9 C轉(zhuǎn)移的電子數(shù) =3.01010(個)9194.8 101.6 10QCneC答案答案:3.01010個個名師點(diǎn)撥:在接觸帶電中,當(dāng)兩個導(dǎo)體帶不等量異種電荷時,先中和,然后剩余的電荷重新分配,如果兩導(dǎo)體是相同材料,相同形狀和大小相同的導(dǎo)體,剩余電荷平均分配,而形狀和大小不同的導(dǎo)體電荷不平均分配,此種情況我們中學(xué)階段不進(jìn)行研究.鞏固練習(xí)3.原來完全相同的甲 乙 丙三物體都不帶電,今使甲 乙兩物體通過感應(yīng)帶電后,乙物體再與丙物體接觸,最后,得知甲物體帶正電1.610-15C,丙物體帶電810-16C,則對于最后乙 丙兩物體帶電情況,下列說法中正

15、確的是( )A.乙物體一定帶有負(fù)電荷810-16CB.乙物體可能帶有負(fù)電荷2.410-15CC.丙物體一定帶有正電荷810-16C D.丙物體一定帶有負(fù)電荷810-16C 解析:由電荷守恒定律可知甲 乙兩物體帶電后,甲帶正電為1.610-15 C,則乙物體應(yīng)帶負(fù)電1.610-15 C,乙與丙接觸后,乙 丙電量重新分布,由于是完全相同的物體,故乙所帶電荷平均分配到乙 丙兩物體上,故乙 丙最后均帶負(fù)電810-16 C.答案:AD四 驗電器的使用例4:如右圖所示,有一帶正電的驗電器,當(dāng)一金屬球A靠近驗電器的小球B(不接觸)時,驗電器的金箔張角減小,則( )A.金屬球可能不帶電B.金屬球可能帶負(fù)電C.

16、金屬球可能帶正電D.金屬球一定帶負(fù)電解析:驗電器的金箔之所以張開,是因為它們都帶有正電荷,而同種電荷相排斥,張開角度的大小決定于兩金箔帶電荷量的多少.如果A球帶負(fù)電,靠近驗電器的B球時,異種電荷相互吸引,使金箔上的正電荷逐漸“上移”,從而使兩金箔張角減小,選項B正確,同時否定選項C.如果A球不帶電,在靠近B球時,發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象使A球靠近B球的端面出現(xiàn)負(fù)的感應(yīng)電荷,而背向B球的端面出現(xiàn)正的感應(yīng)電荷.A球上的感應(yīng)電荷與驗電器上的正電荷發(fā)生相互作用,由于負(fù)電荷離驗電器較近而表現(xiàn)為吸引作用,從而使金箔張角減小,選項A正確,同時否定選項D.答案:AB名師點(diǎn)撥:驗電器可以判斷物體是否帶電,帶電荷的種類和

17、電荷量的多少.當(dāng)帶電體靠近驗電器導(dǎo)體棒上端或接觸導(dǎo)體棒上端時,驗電器的金屬箔都會張開.但要注意區(qū)分帶電體靠近驗電器金屬球和接觸金屬球,驗電器所帶電荷的不同.利用驗電器除了能檢驗電荷,還能演示靜電感應(yīng)現(xiàn)象. 鞏固練習(xí)4.如下圖所示,用起電機(jī)使金屬球A帶上正電,靠近驗電器B,則( )A.驗電器金箔不張開,因為球A沒有和B接觸B.驗電器金箔張開,因為整個驗電器都帶上了正電C.驗電器金箔張開,因為整個驗電器都帶上了負(fù)電D.驗電器金箔張開,因為驗電器下部箔片都帶上了正電解析:當(dāng)帶正電的球A靠近驗電器B時,由于A球?qū)的感應(yīng)使驗電器金屬球的電荷重新分布,箔片帶上了正電,從而金箔張開,故D選項正確.答案:D

18、課后鞏固提升鞏固基礎(chǔ)1.關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)起電,以下說法正確的是( )A.摩擦起電是因為電荷的轉(zhuǎn)移,感應(yīng)起電是因為產(chǎn)生電荷B.摩擦起電是因為產(chǎn)生電荷,感應(yīng)起電是因為電荷的轉(zhuǎn)移C.不論是摩擦起電還是感應(yīng)起電,都是因為電荷的轉(zhuǎn)移D.以上說法均不正確解析:摩擦起電和感應(yīng)起電,以及接觸起電,三種帶電方式的實質(zhì)都是電荷的轉(zhuǎn)移,故C選項正確.答案: C2.有一個質(zhì)量很小的小球A,用絕緣細(xì)線懸掛著,當(dāng)用毛皮摩擦過的硬橡膠棒B靠近它時,看到它們互相吸引,接觸后又互相排斥,則下列說法正確的是( )A.接觸前,A B一定帶異種電荷B.接觸前,A B可能帶異種電荷C.接觸前,A球一定不帶任何凈電荷D.接觸后,A球一

19、定帶負(fù)電荷解析:由于電介質(zhì)極化,任何帶電體都可吸引輕小物體,而不能認(rèn)為只有異種電荷才存在吸引力,所以A可以不帶電,也可以帶正電,接觸后,由于A B所帶電量多少關(guān)系不定,所以可能帶負(fù)電,也可能帶正電.答案:B3.下列說法正確的是( )A.當(dāng)一種電荷出現(xiàn)時,必然有等量的異種電荷出現(xiàn);當(dāng)一種電荷消失時,必然有等量的異種電荷消失B.所有帶電體的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍C.元電荷的值通常取作e=1.6010-19CD.電荷量e的數(shù)值最早是由美國科學(xué)家密立根用實驗測得的解析:實驗得出,所有帶電體的電荷量或者等于e,或者是e的整數(shù)倍,這就是說,電荷量是不能連續(xù)變化的物理量.電荷量e的數(shù)值最早是由美國物理

20、學(xué)家密立根測得的.由電荷守恒定律可知:電荷的總量保持不變,故A選項正確.答案:ABCD4.關(guān)于摩擦起電現(xiàn)象,下列說法中正確的是( )A.摩擦起電現(xiàn)象使本沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生了電子和質(zhì)子B.兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后,同時帶上等量異種電荷C.摩擦起電,可能是摩擦中導(dǎo)致質(zhì)子從一個物體轉(zhuǎn)移到了另一個物體而形成的D.絲綢摩擦玻璃棒時,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)而顯示帶正電解析:摩擦起電實質(zhì)是由于兩個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.若一個物體失去電子,其質(zhì)子數(shù)比電子數(shù)多,我們說它帶正電.若一個物體得到電子,其質(zhì)子數(shù)比電子數(shù)少,我們說它

21、帶負(fù)電.使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷.答案:BD5.毛皮與橡膠棒摩擦后,毛皮帶正電,這是因為( )A.毛皮上的一些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上B.毛皮上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到橡膠棒上C.橡膠棒上的一些電子轉(zhuǎn)移到毛皮上D.橡膠棒上的一些正電荷轉(zhuǎn)移到毛皮上解析:摩擦起電的實質(zhì)是電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,毛皮和橡膠棒摩擦后毛皮帶正電,是毛皮上的一些電子轉(zhuǎn)移到橡膠棒上,從而毛皮帶正電,故A選項正確.答案:A6.關(guān)于元電荷下列說法中正確的是( )A.元電荷實質(zhì)上是指電子和質(zhì)子本身B.一個帶電體的電荷量為105.6倍的元電荷C.元電荷是最小的帶電單位D.元電荷沒有正負(fù)之分解析:元電荷是指的最小的電荷量,數(shù)值為e=1

22、.610-19 C,元電荷不是帶電體,沒有電性之分,故C D選項正確.答案:CD提升能力7.將帶電棒移近兩個不帶電的導(dǎo)體球,兩個導(dǎo)體球開始時互相接觸且對地絕緣,如右圖所示,下列幾種方法中能使兩球都帶電的是( )A.先把兩球分開,再移走棒B.先移走棒,再把兩球分開C.先將棒接觸一下其中一球,再把兩球分開D.棒帶的電荷量如果不變,不能使兩導(dǎo)體球帶電解析:帶電棒移近兩導(dǎo)體時,使兩個導(dǎo)體的電荷重新分布,甲乙左右兩端出現(xiàn)等量異種電荷,在棒的作用下,將兩球分開,再移走棒,甲 乙兩球就帶上等量異種電荷,故A選項正確,將棒與其中一球接觸后,三物體均帶電,再把兩球分開,兩球帶有同種電荷,故C選項正確.答案:AC

23、8.A和B是兩個大小相同的帶電介質(zhì)小球,用等長絕緣細(xì)線將它們懸掛在水平桿上,在兩球連線的延長線上A球左側(cè)放一個帶正電荷的固定小球C時,如下圖所示,A B兩球的懸線都保持豎直方向,則下列說法中正確的是( )A.A B兩球均帶正電B.A B兩球均帶負(fù)電C.A帶正電,B帶負(fù)電D.A帶負(fù)電,B帶正電解析:若兩球均帶正電,則A球能在豎直方向平衡,而B球受到C與A的排斥力,將偏離豎直方向,不可能在豎直方向平衡;若兩球均帶負(fù)電,A球受到C球的引力和B球的斥力,將偏離豎直方向,即A球不可能在豎直方向平衡.若二者均在豎直位置平衡,則A B應(yīng)帶異種電荷,且A帶負(fù)電,B帶正電,所以D選項正確.答案:D9.a b c d為四個帶電小球,兩球之間的作用分別為a吸引d,b排斥c,c排斥a,d吸引b則( )A.僅有兩個小球帶同種電荷B.僅有三個小球帶同種電荷C. c d小球帶同種電荷D. c d小球帶異種電荷解析:應(yīng)用兩種電荷相互作用的規(guī)律,可知b c a帶同種電荷,a d帶異種電荷,故B D選項正確.答案:BD10.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,如下圖所示,現(xiàn)使b球帶電,則( )A.b將吸引a,吸