高中物理《電荷及其守恒定律》優(yōu)秀教案
第一章 靜電場
學(xué)案1 電荷及其守恒定律
1．自然界中只存在兩種電荷：______電荷和________電荷．電荷間的作用規(guī)律是：同種電荷相互______，異種電荷相互________．
2．用毛皮摩擦橡膠棒時(shí)，橡膠棒帶____________電荷，毛皮帶__________電荷．用絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒帶______電荷，絲綢帶______電荷．
3．原子核的正電荷數(shù)量與電子的負(fù)電荷數(shù)量一樣多，所以整個(gè)原子對外界表現(xiàn)為________．金屬中距離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會(huì)脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動(dòng)，這種電子叫做________________．失去這種電子的原子便成為帶____電的離子．離子都在自己的平衡位置上振動(dòng)而不移動(dòng)，只有自由電子穿梭其中．所以金屬導(dǎo)電時(shí)只有________在移動(dòng)．
4．把帶電體移近不帶電的導(dǎo)體，可以使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶________，遠(yuǎn)離的一端帶________這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)．利用靜電感應(yīng)使物體帶電叫________起電．常見的起電方式還有________和________等．
5．電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從一個(gè)物體______到另一物體，或者從物體的一部分____________到另一部分．
6．物體所帶電荷的多少叫________________．在國際單位制中，它的單位是________，用________表示．
7．最小的電荷量叫________，用e表示，e＝________.所有帶電體的電荷量都等于e的____________．電子的電荷量與電子的質(zhì)量之比叫做電子的________．
答案 1.正 負(fù) 排斥 吸引 2.負(fù) 正 正 負(fù)
3．電中性 自由電子 正 自由電子 4.異號電荷 同號電荷 感應(yīng) 摩擦起電 接觸起電 5.轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)移 6.電荷量 庫侖 C 7.元電荷 1.6 ×10－19 C 整數(shù)倍 比荷
一、電荷
[問題情境]
在干燥的冬天，當(dāng)你伸手接觸金屬門把的一剎那，突然聽到“啪”的一聲，手麻了一下，弄得你虛驚一場，是誰在惡作��？原來是電荷在作怪．
1．這些電荷是哪里來的？物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的？摩擦起電的原因是什么？
2．什么是自由電子，金屬成為導(dǎo)體的原因是什么？
3．除了摩擦起電，還有其它方法可以使物體帶電嗎？
答案 1.來自原子內(nèi)部 ; 物質(zhì)由原子組成，而原子則由原子核(質(zhì)子和中子)和核外電子構(gòu)成； 不同物質(zhì)的原子核束縛電子的能力不同．
2．金屬中距離原子核最遠(yuǎn)的電子往往會(huì)脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動(dòng)，這種電子叫自由電子； 自由電子的自由活動(dòng)是金屬成為導(dǎo)體的原因．
3．感應(yīng)起電和接觸起電．
[要點(diǎn)提煉]
1．摩擦起電的原因：在兩個(gè)物體相互摩擦?xí)r，一些束縛不緊的電子會(huì)從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來呈電中性的'物體由于得到電子而帶____電，失去電子的物體則帶____電．
2．感應(yīng)起電的原因：當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間的相互吸引和排斥，導(dǎo)體中的自由電子便會(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)離的一端帶____電荷．
3．常見的起電方式有摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電．三種起電方式的實(shí)質(zhì)都是________ 的轉(zhuǎn)移．
答案 1.負(fù) 正 2.異號 同號 3.電子
[問題延伸]
感應(yīng)起電現(xiàn)象中實(shí)驗(yàn)物體必須是導(dǎo)體嗎？
答案 必須是導(dǎo)體，因?yàn)閷?dǎo)體中有自由電子，可以自由移動(dòng)．
二、電荷守恒定律
[問題情境]
現(xiàn)代生活中電無處不在，北京市一天的耗電量可達(dá)千萬度，那么，電荷會(huì)不會(huì)像煤和石油一樣總有一天會(huì)被用完呢？
1．電荷是摩擦的過程中創(chuàng)造出來的嗎？
2．在電荷轉(zhuǎn)移的過程中其總量是否守恒？
答案 1.電荷不是創(chuàng)造出來的，它是物體組成的一部分 2.守恒
[要點(diǎn)提煉]
1．電荷守恒定律的內(nèi)容：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分．
2．“電荷的中和”是指電荷的種類和數(shù)量達(dá)到等量、異號，這時(shí)正、負(fù)電荷的代數(shù)和為________，而不是正、負(fù)電荷一起消失了．
答案 2.零
[問題延伸]
怎樣理解電荷守恒定律中“電荷的總量”？
答案 “電荷的總量” 可理解為正、負(fù)電荷的代數(shù)和．
例1 如圖1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(shí)( )
圖1
A．A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)體附近，在A端出現(xiàn)了負(fù)電，在B端出現(xiàn)了正電，這樣的帶電并不是導(dǎo)體中有新的電荷，只是電荷的重新分布．金箔上帶電相斥而張開．選項(xiàng)A錯(cuò)誤．
用手觸摸枕形導(dǎo)體后，B端不是最遠(yuǎn)端了，人是導(dǎo)體，人的腳部甚至地球是最遠(yuǎn)端，這樣B端不再有電荷，金箔閉合．選項(xiàng)B正確．
用手觸摸導(dǎo)體時(shí)，只有A端帶負(fù)電，將手和C移走后，不再有靜電感應(yīng)，A端所帶負(fù)電便分布在枕形導(dǎo)體上，A、B端均帶有負(fù)電，兩對金箔均張開．選項(xiàng)C正確．
以上分析看出，選項(xiàng)D也正確．
答案 BCD
名師點(diǎn)撥 本節(jié)要求知道三種起電方法的特點(diǎn)，接觸起電帶同種電荷，摩擦起電帶等量的異種電荷，感應(yīng)起電則是近異遠(yuǎn)同，注意用手觸摸最遠(yuǎn)端是腳或地球．
變式訓(xùn)練1 如圖2所示，A、B、C是三個(gè)安裝在絕緣支架上的金屬體，其中C球帶正電，A、B兩個(gè)完全相同的枕形導(dǎo)體不帶電．試問：
圖2
(1)如何使A、B都帶等量正電？
(2)如何使A、B都帶等量負(fù)電？
(3)如何使A帶負(fù)電B帶等量的正電？
答案 見解析
解析 (1)把AB緊密靠攏，讓C靠近B，則在B端感應(yīng)出負(fù)電荷，A端感應(yīng)出等量正電荷，把A與B分開后再用手摸一下B，則B所帶的負(fù)電荷就被中和，再把A與B接觸一下，A和B就帶等量正電荷．(2)把AB緊密靠攏，讓C靠近B，則在B端感應(yīng)出負(fù)電荷，A端感應(yīng)出等量正電荷，再用手摸一下A或B，則A所帶的正電荷就被中和，而B端的負(fù)電荷不變，移去C以后再把A與B分開，則A和B就帶等量負(fù)電荷．(3)把AB緊密靠攏，讓C靠近A，則在A端感應(yīng)出負(fù)電荷，B端感應(yīng)出等量正電荷，馬上把A與B分開，則A帶負(fù)電B帶等量的正電．
例2 有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B，分別帶有電荷量6.4×10－9 C和－3.2×10－9 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 當(dāng)兩小球接觸時(shí)，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＋QB2＝1.6×10－9 C
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
ΔQ＝－QB＋QB′＝3.2×10－9 C＋1.6×10－9 C＝4.8×10－9 C
轉(zhuǎn)移的電子數(shù)N＝ΔQe＝3.0×1010個(gè)
答案 見解析
名師點(diǎn)撥 對于兩個(gè)帶電小球電荷量重新分配的問題，如果是兩個(gè)完全相同的小球，同性則總量平均分到一半，如異性則先中和，剩下的平均分配．如果未講明相同的小球，不一定平均分配．
變式訓(xùn)練2 有三個(gè)相同的金屬小球A、B、C，其中小球A帶有2.0×10－5 C的正電荷，小球B、C不帶電，現(xiàn)在讓小球C先與球A接觸后取走，再讓小球B與球A接觸后分開，最后讓小球B與小球C接觸后分開，最終三球的帶電荷量分別為qA＝________ C，qB＝________ C，qC＝________ C.
答案 0.5×10－5 0.75×10－5 0.75×10－5
【即學(xué)即練】
1．關(guān)于元電荷的理解，下列說法正確的是( )
A．元電荷就是電子
B．元電荷就是質(zhì)子
C．元電荷是表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量
D．元電荷就是自由電荷的簡稱
答案 C
解析 最小的電荷量叫元電荷，表示跟電子所帶電荷量數(shù)值相等．
2．關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)起電的實(shí)質(zhì)，下列說法中正確的是( )
A．摩擦起電說明電荷可以被創(chuàng)造
B．摩擦起電是由于電荷從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上
C．感應(yīng)起電是由于電荷從帶電物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上
D．感應(yīng)起電是電荷在同一物體上的轉(zhuǎn)移
答案 BD
解析 摩擦起電是電子在物體之間的轉(zhuǎn)移，而感應(yīng)起電則是物體內(nèi)部電子的轉(zhuǎn)移．
3．如圖3所示，將帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導(dǎo)體時(shí)，枕形導(dǎo)體上電荷的移動(dòng)情況是( )
圖3
A．枕形導(dǎo)體中的正電荷向B端移動(dòng)，負(fù)電荷不移動(dòng)
B．枕形導(dǎo)體中電子向A端移動(dòng)，正電荷不移動(dòng)
C．枕形導(dǎo)體中的正、負(fù)電荷同時(shí)分別向B端和A端移動(dòng)
D．枕形導(dǎo)體中的正、負(fù)電荷同時(shí)分別向A端和B端移動(dòng)
答案 B
解析 導(dǎo)體中自由電子可以自由移動(dòng)，正電荷是原子核，不能移動(dòng)．
4．帶電微粒所帶電荷量不可能是下列值中的( )
A．2.4×10－19 C B．－6.4×10－19 C
C．－1.6×10－18 C D．4.0×10－17 C
答案 A
解析 帶電體所帶電荷量只能是元電荷1.6 ×10－19 C的整數(shù)倍.
1．下列關(guān)于電現(xiàn)象的敘述中正確的是( )
A．玻璃棒無論與什么物體摩擦都帶正電，橡膠棒無論與什么物體摩擦都帶負(fù)電
B．摩擦可以起電是普遍存在的現(xiàn)象，相互摩擦的兩個(gè)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，物體得到電子一定顯負(fù)電性，失去電子顯正電性
D．當(dāng)一種電荷出現(xiàn)時(shí)，必然有等量的異種電荷出現(xiàn)；當(dāng)一種電荷消失時(shí)，必然有等量的異種電荷消失
答案 BCD
2．以下說法正確的是( )
A．摩擦起電是自由電子的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象
B．摩擦起電是通過摩擦產(chǎn)生的正電荷和電子
C．感應(yīng)起電是自由電子的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象
D．金屬導(dǎo)電是由于導(dǎo)體內(nèi)有可以移動(dòng)的正電荷
答案 AC
解析 摩擦起電是電子在物體之間的轉(zhuǎn)移，感應(yīng)起電則是物體內(nèi)部電子的轉(zhuǎn)移，所以A、C正確，B錯(cuò)誤．金屬導(dǎo)電是由于導(dǎo)體內(nèi)有可以移動(dòng)的自由電子，而不是正電荷，D項(xiàng)錯(cuò)．
3．將兩個(gè)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)兩小球之間相互排斥，則A、B兩球原來帶電情況可能是( )
A．A和B原來帶有等量異種電荷
B．A和B原來帶有同種電荷
C．A和B原來帶有不等量異種電荷
D．A和B原來只有一個(gè)帶電
答案 BCD
解析 當(dāng)A和B帶有等量異種電荷時(shí)，接觸一下后電荷被中和．A項(xiàng)錯(cuò)誤．
4．將帶電棒移近兩個(gè)不帶電的導(dǎo)體球，兩個(gè)導(dǎo)體球開始時(shí)互相接觸且對地絕緣，如圖4所示，下列幾種方法能使兩球都帶電的是( )
圖4
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
答案 AC
解析 A項(xiàng)正確，這是感應(yīng)起電的正確操作步驟，B項(xiàng)錯(cuò)；C項(xiàng)正確，描述的是接觸起電的操作步驟；D項(xiàng)錯(cuò)誤，在感應(yīng)起電中可以做到“棒帶的電荷量不變，兩導(dǎo)體球都帶電”．
5．如圖5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)電器的金箔張角減小，則( )
圖5
A．金屬球A可能不帶電
B．金屬球A可能帶負(fù)電
C．金屬球A可能帶正電
D．金屬球A一定帶正電
答案 AB
解析 由題意可知驗(yàn)電器是帶電的(因箔片有張角)，當(dāng)不帶電的金屬球A靠近驗(yàn)電器的小球B時(shí)，由于感應(yīng)起電，金屬球A會(huì)帶上異種電荷，因異種電荷相吸，所以驗(yàn)電器上帶的電荷會(huì)更多的聚集到小球B上，箔片上聚集的電荷會(huì)減少，故張角減小，A項(xiàng)正確；當(dāng)金屬球A帶負(fù)電時(shí)，同樣因異種電荷相吸，使得箔片上聚集的電荷減少，張角減小，B項(xiàng)正確．
6. 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(shí)，a、b都不帶電，如圖6所示，現(xiàn)使b帶正電，則( )
圖6
A．b將吸引a，吸住后不放開
B．b先吸引a，接觸后又把a(bǔ)排斥開
C．a(chǎn)、b之間不發(fā)生相互作用
D．b立即把a(bǔ)排斥開
答案 B
7．M和N是原來都不帶電的物體，它們互相摩擦后M帶正電荷1.6×10－10 C，下列判斷中正確的是( )
A．在摩擦前M和N的內(nèi)部沒有任何電荷
B．摩擦的過程中電子從N轉(zhuǎn)移到了M
C．N在摩擦后一定帶負(fù)電荷1.6×10－10 C
D．M在摩擦過程中失去了1.6×10－10個(gè)電子
答案 C
解析 由電荷守恒可知C項(xiàng)正確．
8．某人做靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，有下列步驟及結(jié)論：①把不帶電的絕緣導(dǎo)體球甲移近帶負(fù)電的絕緣導(dǎo)體球乙，但甲、乙兩球不接觸．②用手指摸甲球．③手指移開．④移開乙球．⑤甲球帶正電．⑥甲球不帶電．下列操作過程和所得結(jié)論正確的有( )
A.○1→②→③→④→⑥ B．①→②→④→③→⑥
C.○1→②→③→④→⑤ D．①→②→④→③→⑤
答案 C
解析 ○1→②→③→④→⑤是做靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)的正確步驟．
9．兩個(gè)完全相同的金屬球，一個(gè)帶＋6×10－8 C的電荷量，另一個(gè)帶－2×10－8 C的電荷量．把兩球接觸后再分開，兩球分別帶電多少？
答案 兩球都帶正電且均為2×10－8 C
解析 兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后再分開，要平均分配電荷量，故兩球均帶q＝(q1＋q2)/2＝[(＋6×10－8)＋(－2×10－8)]/2 C＝2×10－8 C，帶正電．
10. 如圖7所示，通過調(diào)節(jié)控制電子槍產(chǎn)生的電子束，使其每秒鐘有104個(gè)電子到達(dá)收集電子的金屬瓶，經(jīng)過一段時(shí)間，金屬瓶上帶有－8×10－12 C的電荷量，求：
圖7
(1)電子瓶上收集到多少個(gè)電子；
(2)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間為多長．
答案 (1)5×107 (2)5×103 s
解析 因每個(gè)電子的帶電荷量為－1.6×10－19 C，金屬瓶上帶有－8×10－12 C的電荷量，所以電子瓶上收集到的電子個(gè)數(shù)為n＝(－8×10－12 C)/(－1.6×10－19 C)＝5×107個(gè)
實(shí)驗(yàn)的時(shí)間為t＝(5×107)/104 s＝5×103 s
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