電荷及其守恒定律

1.1電荷及其守恒定律1.知道兩種電荷及其相互作用，知道電荷量的概念。2.知道摩擦起電和感應(yīng)起電兩種起電方式，能夠從原子結(jié)構(gòu)理解不同起電方式的本質(zhì)。3.正確理解電荷守恒定律，并會(huì)應(yīng)用它解釋有關(guān)現(xiàn)象。重點(diǎn)：1.電荷基本性質(zhì)的理解。

2.電荷守恒定律的理解。難點(diǎn)：利用電荷守恒定律分析解決摩擦起電和感應(yīng)起電問(wèn)題。一、電荷及原子結(jié)構(gòu)1.兩種電荷自然界中的電荷只有_____。(1)用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒帶_____；(2)用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒帶_____。2.電荷間的相互作用同種電荷相互_____，異種電荷相互_____。兩種正電負(fù)電排斥吸引3.物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)(1)原子組成(2)原子電性：原子核的正電荷的數(shù)量與核外電子負(fù)電荷的數(shù)量_______，整個(gè)原子對(duì)外界較遠(yuǎn)的位置表現(xiàn)為_______。原子質(zhì)子：帶_____中子：不帶電原子核核外電子：帶_____正電負(fù)電一樣多電中性4.電荷量(1)電荷量電荷的_____。在國(guó)際單位制中，它的單位是_____，符號(hào)__。正電荷的電荷量為正值，負(fù)電荷的電荷量為負(fù)值。(2)元電荷最小的電荷量，即_____或_____所帶的電荷量，用e表示。e=_____________。最早由美國(guó)物理學(xué)家_______測(cè)得。多少庫(kù)侖C電子質(zhì)子1.60×10-19C密立根(3)電荷量的不連續(xù)性帶電體的電荷量或者_(dá)_____，或者是__________。電荷量是不能_________的物理量。(4)電子的比荷電子的電荷量e與電子的質(zhì)量me之比。等于ee的整數(shù)倍連續(xù)變化【判一判】(1)元電荷就是電子。()(2)元電荷是表示跟一個(gè)電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量。

()(3)帶電體的電荷量可以是2×10-18C。()(4)不顯電性的物體內(nèi)沒(méi)有電荷。()提示：(1)電子是實(shí)實(shí)在在的粒子，元電荷只是一個(gè)電量單位，(1)錯(cuò)誤。(2)元電荷是一個(gè)電量單位，與一個(gè)電子所帶電荷量的數(shù)值相等，(2)正確。(3)2×10-18C不是元電荷的整數(shù)倍，帶電體不可能帶2×10-18C的電荷量，(3)錯(cuò)誤。(4)物體是由原子組成，原子所含的電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，則物體不顯電性，但物體內(nèi)同樣存在電荷，(4)錯(cuò)誤。二、摩擦起電和感應(yīng)起電1.摩擦起電兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的_____從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，使得原來(lái)呈電中性的物體由于得到_____而帶負(fù)電，失去_____的物體則帶正電的現(xiàn)象。電子電子電子2.感應(yīng)起電(1)自由電子：金屬中離原子核_____的能脫離原子核的束縛而在金屬中_________的電子。(2)靜電感應(yīng)：當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于_______________________，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_____電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶_____電荷的現(xiàn)象。(3)感應(yīng)起電：利用_________使金屬導(dǎo)體帶電的過(guò)程。較遠(yuǎn)自由活動(dòng)電荷間相互吸引或排斥異號(hào)同號(hào)靜電感應(yīng)【想一想】如圖所示的現(xiàn)象為感應(yīng)起電，為什么發(fā)生感應(yīng)起電的是導(dǎo)體而不是絕緣體？提示：感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是在帶電體電荷的作用下，物體上的自由電荷的轉(zhuǎn)移，只有導(dǎo)體上的電子(或正、負(fù)離子)才能自由移動(dòng)，而絕緣體上的電子不能自由地移動(dòng)。所以，導(dǎo)體能發(fā)生感應(yīng)起電，而絕緣體不能。三、電荷守恒定律1.內(nèi)容電荷既不會(huì)_____，也不會(huì)_____，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，電荷的總量_________。2.電荷守恒定律現(xiàn)在的表述一個(gè)與外界沒(méi)有_________的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和_________。創(chuàng)生消滅保持不變電荷交換保持不變【想一想】帶有等量異種電荷的金屬球接觸后會(huì)發(fā)生電荷的中和，此時(shí)電荷被消滅了嗎？提示：中和時(shí)，系統(tǒng)所帶電荷的代數(shù)和不變,電荷并沒(méi)有消失，只是正、負(fù)電荷數(shù)值相等，對(duì)外顯電中性。

三種帶電方式【探究導(dǎo)引】圖中左側(cè)是古老的摩擦起電機(jī)，右側(cè)是感應(yīng)起電機(jī)。結(jié)合圖片，思考以下問(wèn)題：(1)兩個(gè)絕緣體發(fā)生摩擦為什么會(huì)帶上電荷？(2)感應(yīng)起電能發(fā)生在絕緣體上嗎？感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)是什么？(3)除了摩擦起電和感應(yīng)起電，還有什么起電方式？【要點(diǎn)整合】1.三種起電方式的比較2.感應(yīng)起電的步驟感應(yīng)起電有嚴(yán)格的操作步驟：如圖所示，(1)使帶電體C(假設(shè)帶正電)移近相互接觸的兩導(dǎo)體A、B。(2)保持C不動(dòng),再用絕緣工具分開A、B。(3)移走C；則A帶負(fù)電，B帶正電。若操作步驟顛倒，如(2)、(3)顛倒，導(dǎo)體最后不帶電。【特別提醒】(1)摩擦起電適用于絕緣體，感應(yīng)起電、接觸起電適用于導(dǎo)體。(2)無(wú)論哪種起電方式，發(fā)生轉(zhuǎn)移的都是電子，正電荷不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移?！镜淅?】如圖所示，A、B為相互接觸的用絕緣支柱支撐的金屬導(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(shuō)法正確的是()A.把C移近導(dǎo)體A時(shí)，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，然后移走C，A、B上的金屬箔片仍張開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移走，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【思路點(diǎn)撥】求解本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：【規(guī)范解答】帶正電的C靠近導(dǎo)體A時(shí)，A、B中的自由電子向左移動(dòng)，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?yàn)榻佑|帶電，也分別帶上了與A、B同種的電荷，所以A、B上的金屬箔片都張開，A正確。只要C一直在A、B附近，將A、B分開后，A、B仍帶等量異種的感應(yīng)電荷，此時(shí)再移走C，因A、B已經(jīng)絕緣，它們所帶電荷量也不能變化，金屬箔片仍張開，B正確。但如果先移走C，A、B上的感應(yīng)電荷馬上會(huì)發(fā)生中和，不再顯電性，所以金屬箔片都不會(huì)張開，C錯(cuò)。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，金屬箔片都不會(huì)張開，D錯(cuò)。答案：A、B【總結(jié)提升】感應(yīng)起電的判斷方法(1)導(dǎo)體靠近帶電體時(shí)，導(dǎo)體上靠近帶電體的一端感應(yīng)出與帶電體性質(zhì)不同的電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端感應(yīng)出與帶電體相同性質(zhì)的電荷。(2)接地的某導(dǎo)體與地球組成一個(gè)新導(dǎo)體，在感應(yīng)起電時(shí)該導(dǎo)體為近帶電體端，感應(yīng)出與帶電體不同性質(zhì)的電荷，地球?yàn)檫h(yuǎn)帶電體端，感應(yīng)出與帶電體相同性質(zhì)的電荷?！咀兪接?xùn)練】如圖所示，有一帶正電的驗(yàn)電器，當(dāng)一金屬球A靠近驗(yàn)電器的小球B(不接觸)時(shí)，驗(yàn)電器的箔片張角減小，則()A.金屬球可能不帶電B.金屬球可能帶負(fù)電C.金屬球可能帶正電D.金屬球一定帶負(fù)電【解析】選A、B。箔片張角減小說(shuō)明箔片上的電荷量減少，而驗(yàn)電器的電荷總量不變，則小球B上的電荷量增多。A球可能帶負(fù)電，異種電荷相互吸引改變了驗(yàn)電器上的電荷分布情況；A球也可能不帶電，B球與A球發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，也可以使驗(yàn)電器上的電荷分布發(fā)生改變，故A、B對(duì)?！咀兪絺溥x】(2012·攀枝花高二檢測(cè))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(duì)摩擦起電說(shuō)法正確的是()A.兩個(gè)物體摩擦?xí)r，表面粗糙的易失去電子B.兩個(gè)物體摩擦起電時(shí)，一定同時(shí)帶上種類及數(shù)量不同的電荷C.兩個(gè)物體摩擦起電時(shí)，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C、D。兩物體摩擦?xí)r得失電子取決于原子核對(duì)電子的束縛力大小，A錯(cuò)。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，B錯(cuò)C對(duì)。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，D對(duì)。

電荷守恒定律的理解【探究導(dǎo)引】圖中是正、負(fù)電子湮滅示意圖，觀察圖片，思考以下問(wèn)題：(1)正、負(fù)電子湮滅時(shí)，電荷是否消失？(2)電荷守恒定律中，電荷總量不變的含義是什么？(3)“電中性”的物體內(nèi)是否有電荷存在？【要點(diǎn)整合】1.物體帶電的實(shí)質(zhì)使物體帶電不是創(chuàng)造了電荷,使物體不帶電也不是消滅了電荷。物體帶電的實(shí)質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是物體間電荷的重新分配。摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電，均符合電荷守恒定律。2.“中性”與“中和”的理解(1)中性:物體內(nèi)有電荷存在，但正、負(fù)電荷的絕對(duì)值相等，對(duì)外不顯電性。(2)中和:兩個(gè)帶有等量異種電荷的帶電體相遇達(dá)到電中性的過(guò)程。3.守恒的廣泛性電荷守恒定律同能量守恒定律一樣，是自然界中最基本的規(guī)律，任何電現(xiàn)象都不違背電荷守恒定律，也涵蓋了近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律。例如，一個(gè)高能光子可以產(chǎn)生一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，一對(duì)正、負(fù)電子可同時(shí)湮滅，轉(zhuǎn)化為光子。在這種情況下，帶電粒子總是成對(duì)產(chǎn)生或湮滅，電荷的代數(shù)和不變。4.接觸起電現(xiàn)象中電荷量的分配(1)無(wú)論是帶電的導(dǎo)體與不帶電的導(dǎo)體接觸，還是兩個(gè)原來(lái)帶同種電荷的導(dǎo)體接觸,還是兩個(gè)原來(lái)帶異種電荷的導(dǎo)體接觸，最終兩導(dǎo)體都將帶上同種電荷或都不帶電，不可能帶上異種電荷。并且接觸前后電荷總量不變。(2)導(dǎo)體接觸帶電時(shí)電荷量的分配與導(dǎo)體的形狀、大小有關(guān)。若兩個(gè)完全相同的金屬小球的帶電量分別為Q1、Q2，則它們接觸后電荷量平均分配，再分開都帶有的電量(式中電量Q1、Q2均包含它們的正負(fù)號(hào))。形狀、大小不同的導(dǎo)體接觸時(shí)電荷量不能平均分配。【特別提醒】(1)中和現(xiàn)象是正、負(fù)電荷的結(jié)合過(guò)程，正、負(fù)電荷并沒(méi)有消失；正、負(fù)電子湮滅時(shí)，正、負(fù)電荷消失。(2)兩個(gè)相同的導(dǎo)體小球接觸，若原來(lái)兩球帶同種電荷，則總電荷量平分；若原來(lái)兩球帶異種電荷，則電荷先中和再平分。【典例2】有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬球A、B，分別帶有電荷量QA=6.4×10-9C,QB=-3.2×10-9C,讓兩絕緣金屬球接觸。在接觸后，A、B帶電荷量各是多少？此過(guò)程中電荷發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移了多少？【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：【解題流程】(1)A、B接觸后的帶電量：(2)選B金屬球?yàn)檠芯繉?duì)象：答案：均為1.6×10-9C電子由B球轉(zhuǎn)移到了A球，轉(zhuǎn)移的電荷量為-4.8×10-9C【互動(dòng)探究】上題中A、B兩球固定好后，讓第三個(gè)與它們相同的小球C反復(fù)與A、B接觸，最終A、B兩球的帶電量和電性如何？【解析】由于三球完全相同，反復(fù)接觸后三球均分中和后的電荷量，故A、B均帶正電，電量為答案：均為均為正電【溫馨提示】電荷間的相互作用規(guī)律，是本章的基礎(chǔ)知識(shí)，也是學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容的必備知識(shí)。我們應(yīng)能熟練地由帶電體的電性判斷它們之間的相互作用，或由它們之間的相互作用判斷它們的電性。【典例】如圖所示，a、b、c、d為四個(gè)帶電小球，兩球之間的作用分別為a吸d，b斥c，c斥a，d吸b，則()A.僅有兩個(gè)小球帶同種電荷B.僅有三個(gè)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【思路點(diǎn)撥】利用“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”進(jìn)行分析。【規(guī)范解答】由d吸a，d吸b可知a與b帶同種電荷，且與d帶異種電荷；由c斥a，c斥b可知c、a、b帶同種電荷，c與d帶異種電荷，所以A、C錯(cuò)，B、D對(duì)。答案：B、D元電荷問(wèn)題的分析元電荷是電量的單位，很多初學(xué)者認(rèn)為，電子和質(zhì)子是元電荷，其實(shí)不然。(1)電子和質(zhì)子是實(shí)實(shí)在在的粒子，而元電荷只是一個(gè)電量單位，不是物質(zhì)。(2)元電荷沒(méi)有正、負(fù)之分，而電子和質(zhì)子的電荷量分別是-1.6×10-19C和+1.6×10-19C。(3)任何帶電體所帶的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍。【案例展示】下列說(shuō)法正確的是()A.電子和質(zhì)子都是元電荷B.一個(gè)帶電體的帶電量為元電荷的205.5倍C.元電荷是最小的電量單位D.元電荷沒(méi)有正、負(fù)之分【規(guī)范解答】元電荷是最小的電量單位，帶電體的電荷量均為元電荷的整數(shù)倍；元電荷只是電量的單位，不是帶電粒子，沒(méi)有電性之說(shuō)，故選項(xiàng)C、D正確。答案：C、D【錯(cuò)因分析】本題易錯(cuò)選A,原因是對(duì)元電荷的概念理解不清，將元電荷與電子和質(zhì)子混淆。1.下列敘述正確的是()A.玻璃棒無(wú)論和什么物體摩擦都會(huì)帶正電，橡膠棒無(wú)論和什么物體摩擦都會(huì)帶負(fù)電B.摩擦可以起電是普遍存在的現(xiàn)象，相互摩擦的兩種不同物質(zhì)組成的物體總是同時(shí)帶等量的異種電荷C.帶電現(xiàn)象的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，不帶電的物體得到電子顯負(fù)電性，失去電子顯正電性D.當(dāng)物體得到一種電荷時(shí)，必然另一物體有等量的異種電荷減少【解析】選B、C、D。物質(zhì)吸引電子的本領(lǐng)不一樣，并不是所有的物體與玻璃棒(橡膠棒)摩擦都能使玻璃棒(橡膠棒)帶正電(負(fù)電)，故A錯(cuò)誤。帶電的本質(zhì)是得失電子，而總電荷量是不變的，故B、C、D正確。2.(2012·杭州高二檢測(cè))甲物體與乙物體相互摩擦，沒(méi)有其他物體參與電荷的交換，發(fā)現(xiàn)甲物體帶了9.6×10-16C的正電荷。以下結(jié)論正確的是()A.甲物體失去了6×103個(gè)電子B.乙物體失去了6×103個(gè)電子C.乙物體帶9.6×10-16C的負(fù)電荷D.乙物體帶9.6×10-16C的正電荷【解析】選A、C。甲物體帶了9.6×10-16C的正電荷，說(shuō)明甲物體失去了電子，失去電子的個(gè)數(shù)同時(shí)由于乙物體得到電子，而帶9.6×10-16C的負(fù)電荷，選項(xiàng)A、C正確。3.靜電在各個(gè)行業(yè)和日常生活中有著重要的應(yīng)用，如靜電除塵、靜電復(fù)印