2013年高二物理同步复习课件：《静电场》1（人教版选修3-1）

1、1 电荷及其守恒定律1.知道自然界中只存在两种电荷,知道电荷间的相互作用。2.了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。3.理解电荷守恒定律。4.知道电荷量和元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化。 重点：1.对两种电荷及电荷间的相互作用规律的认识。 2.对电荷守恒定律的理解。 3.对元电荷概念的理解。难点：1.利用电荷守恒定律分析摩擦起电和感应起电问题。 2.理解电荷量不能连续变化的特点。一、电荷的种类及相互作用1.两种电荷自然界中的电荷只有_。(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带_；(2)用毛皮摩擦过的橡胶棒带_。2.电荷间的相互作用同种电荷相互_，异种电荷相互_。两种正电负电

2、排斥吸引3.物质的微观结构(1)原子组成(2)原子电性：原子核的正电荷的数量与核外电子负电荷的数量_，整个原子对外界较远的位置表现为_。正电负电一样多电中性【想一想】如图是原子的结构模型，结合模型思考以下问题：质子所带的电荷相互吸引还是相互排斥？使原子核中的质子、中子紧密结合在一起的力是电荷间的相互作用力吗？提示：质子所带的电荷相互排斥，原子核中的质子、中子能够紧密结合在一起，是质子间、中子间以及质子与中子间核力作用的结果，不是电荷间相互作用力的结果。 二、摩擦起电和感应起电1.摩擦起电两个物体相互摩擦时，一些束缚得不紧的_从一个物体转移到另一个物体，使得原来呈电中性的物体由于得到_而带负电，

3、失去_的物体那么带正电的现象。电子电子电子2.感应起电(1)自由电子：金属中离原子核_的能脱离原子核的束缚而在金属中_的电子。(2)静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于_ _，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带_电荷，远离带电体的一端带_电荷的现象。(3)感应起电：利用_使金属导体带电的过程。自由活动电荷间相互吸引或排斥异号同号静电感应较远【想一想】如下图的现象为感应起电，为什么发生感应起电的是导体而不是绝缘体？提示：感应起电的实质是在带电体电荷的作用下，物体上的自由电荷的转移，只有导体上的电子(或正、负离子)才能自由移动，而绝缘体上的电子不能自由地移动。所以，导

4、体能发生感应起电，而绝缘体不能。 三、电荷守恒定律1.内容电荷既不会_，也不会_，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一局部转移到另一局部；在转移过程中，电荷的总量_。2.电荷守恒定律现在的表述一个与外界没有_的系统，电荷的代数和_。创生消灭保持不变电荷交换保持不变【想一想】带有等量异种电荷的金属球接触后会发生电荷的中和，此时电荷被消灭了吗？提示：中和时，系统所带电荷的代数和不变,电荷并没有消失，只是正、负电荷数值相等，对外显电中性。 四、电荷量1.电荷量电荷的_。在国际单位制中，它的单位是_，符号_。正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。2.元电荷最小的电荷量，即_或_所带的

5、电荷量，用e表示。e=_。最早由美国物理学家_测得。多少库仑C电子质子1.6010-19 C密立根3.电荷量的不连续性带电体的电荷量或者_，或者是_。电荷量是不能_的物理量。4.电子的比荷电子的电荷量e与电子的质量me之比。等于ee的整数倍连续变化【判一判】(1)元电荷就是电子。( )(2)元电荷是表示跟一个电子所带电荷量数值相等的电荷量。 ( )(3)带电体的电荷量可以是 210-18 C。( )提示：(1)电子是实实在在的粒子，元电荷只是一个电量单位，(1)错误。(2)元电荷是一个电量单位，与一个电子所带电荷量的数值相等，(2)正确。(3)210-18 C不是元电荷的整数倍，带电体不可能带

6、210-18 C的电荷量，(3)错误。 三种带电方式【探究导引】图中左侧是古老的摩擦起电机，右侧是感应起电机。结合图片，思考以下问题：(1)两个绝缘体发生摩擦为什么会带上电荷？(2)感应起电能发生在绝缘体上吗？感应起电的实质是什么？(3)除了摩擦起电和感应起电，还有什么起电方式？【要点整合】1.三种起电方式的比较2.感应起电的步骤感应起电有严格的操作步骤：如下图，(1)使带电体C(假设带正电)移近相互接触的两导体A、B；(2)保持C不动,再用绝缘工具分开A、B；(3)移走C；那么A带负电，B带正电。假设操作步骤颠倒，如(2)、(3)颠倒，导体最后不带电。【特别提醒】(1)摩擦起电适用于绝缘体，

7、感应起电、接触起电适用于导体。(2)无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移。【典例1】如下图，将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，下述几种方法中能使两球都带电的是( ) A.先把两球分开，再移走棒B.先移走棒，再把两球分开C.先将棒接触一下其中的一个球，再把两球分开D.以上方法都不能使两导体球带电【思路点拨】解答此类问题时应掌握以下两点：【标准解答】选A、C。带电棒移近导体球但不与导体球接触，从而使导体球上的电荷重新分布，甲球左侧感应出正电荷，乙球右侧感应出负电荷，此时分开甲、乙两球，那么甲、乙两球上分别带上等量的异种电荷，故A正确；如果先移走

8、带电棒，那么甲、乙两球上的电荷又恢复原状，那么两球分开后不显电性，故B错误；如果先将棒接触一下其中的一个球，那么甲、乙两球会同时带上和棒同性的电荷，故C正确,D错误。【变式训练】如下图，A、B为带异种电荷的小球，将两条不带电的导体棒C、D放在两球之间，在用导线将C棒左端点x和D棒右端点y连接起来的瞬间，导线中自由电子移动的方向是( )A.xy B.yxC.没有电流 D.先是yx，然后xy【解析】选B。由于同种电荷相斥，异种电荷相吸，在C、D组成的导体中自由电子沿y向x运动，在C中聚集负电荷，在D中聚集正电荷，B正确。 【变式备选】绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的外表镀有铝膜。在a的旁

9、边有一绝缘金属球b，开始时，a、b都不带电，如下图，现使b带正电，那么( )将吸引a，吸住后不放开先吸引a，接触后又把a排斥开、b之间不发生相互作用立即把a排斥开【解析】选B。b带电后，由于静电感应，a的近b端和远b端分别出现等量的负电荷和正电荷，b对a的吸引作用大于排斥作用。a、b接触后带同种电荷，又相互排斥。应选项B正确。 电荷守恒定律的理解【探究导引】图中是正、负电子湮灭示意图，观察图片，思考以下问题：(1)正、负电子湮灭时，电荷是否消失？(2)电荷守恒定律中，电荷总量不变的含义是什么？(3)“电中性的物体内是否有电荷存在？【要点整合】1.物体带电的实质使物体带电不是创造了电荷,使物体不

10、带电也不是消灭了电荷。物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新分配。摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律。2.“中性与“中和的理解(1)中性:物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性。(2)中和:两个带有等量异种电荷的带电体相遇到达电中性的过程。3.守恒的广泛性电荷守恒定律同能量守恒定律一样，是自然界中最根本的规律，任何电现象都不违背电荷守恒定律，也涵盖了近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律。例如，一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子，一对正、负电子可同时湮灭，转化为光子。在这种情况下，带电粒子总是成对产生或湮灭，电荷的代数和不变。4.接

11、触起电现象中电荷量的分配(1)无论是带电的导体与不带电的导体接触，还是两个原来带同种电荷的导体接触,还是两个原来带异种电荷的导体接触，最终两导体都将带上同种电荷或都不带电，不可能带上异种电荷。并且接触前后电荷总量不变。(2)导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。假设两个完全相同的金属小球的带电量分别为Q1、Q2，那么它们接触后电荷量平均分配，再分开都带有 的电量(式中电量Q1、Q2均包含它们的正负号)。形状、大小不同的导体接触时电荷量不能平均分配。 【特别提醒】(1)中和现象是正、负电荷的结合过程，正、负电荷并没有消失；正、负电子湮灭时，正、负电荷消失。(2)两个相同的导体小球接触

12、，假设原来两球带同种电荷，那么总电荷量平分；假设原来两球带异种电荷，那么电荷先中和再平分。【典例2】有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B，分别带有电荷量QA=6.410-9 C,QB=-3.210-9 C,让两绝缘金属球接触。在接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电荷发生了怎样的转移，转移了多少？【思路点拨】解答此题应注意以下两点：【标准解答】答案：均为1.610-9 C 电子由B球转移到了A球，转移的电荷量为-4.810-9 C【互动探究】上题中A、B两球固定好后，让第三个与它们相同的小球C反复与A、B接触，最终A、B两球的带电量和电性如何？【解析】由于三球完全相同，反复接触后三球均分中

13、和后的电荷量，故A、B均带正电，电量为答案：均为 均为正电 验电器的原理和应用【探究导引】图中是自制验电器、自制验电羽示意图，观察图片，思考以下问题：(1)验电器金属球接触带电体后，金属片是否带电？(2)验电器可以用来判断物体带电的正、负吗？(3)当带电体靠近而不接触验电器金属球时，金属片是否张开？【要点整合】1.构造验电器构造如下图。图中上部是一金属球，它和金属杆相连接，金属杆穿过橡皮塞，其下端挂两片极薄的金属箔片，封装在玻璃瓶内。2.原理金属箔片带电后，由于同种电荷相互排斥会张开。3.应用(1)检验物体是否带电：检验时，把物体与金属球接触，如果物体带电，就有一局部电荷转移到两片金属箔片上，

14、金属箔片由于带了同种电荷，彼此排斥而张开，所带的电荷越多，张开的角度越大；如果物体不带电，那么金属箔片不动。(2)识别所带电荷种类：当物体带电时，假设要识别它所带电荷的种类，只要先把带电体与金属球接触一下，使金属箔片张开。然后，再用的带足够多正电荷的物体接触验电器的金属球，如果金属箔片张开的角度增大，那么表示该带电体的电荷为正；如果金属箔片张开的角度减小，或先闭合而后张开，那么表示带电体的电荷为负。4.用带电物体接触验电器和接近验电器的区别(1)接触产生电荷转移：带电体接触验电器金属球时，带电体上的电荷会转移到验电器上，金属箔片那么由于带电而张开一定角度。移走带电体，验电器金属箔片继续张开。(

15、2)接近产生静电感应：如带正电的物体接近验电器的金属球时， 假设验电器原来不带电，那么由于静电感应，验电器金属球处感应出负电荷，而金属箔片那么感应出正电荷而张开一定角度；假设验电器原来带正电，那么由于静电感应，同种电荷相斥，金属球的正电荷电荷量减少，金属箔片电荷量增多，张角增大；假设验电器原来带负电，那么异种电荷相吸，金属球电荷量增大，金属箔片上的电荷量可能只减少，也可能先减少，然后带正电且电荷量增加，因此其张角可能只减小，也可能先减小后增大。【特别提醒】(1)分析验电器的工作原理，利用的是接触起电和感应起电的知识。(2)验电器金属球与金属箔片上可能带上同种电荷，也可能带上异种电荷，两个金属箔

16、片上所带的一定是同种电荷。【典例3】(2021济宁高二检测)如下图，有一带正电的验电器，当一金属球A靠近验电器的小球B(不接触)时，验电器的金属箔片张角减小，那么( )A.金属球A可能不带电B.金属球A可能带负电C.金属球A可能带正电D.金属球A一定带负电【思路点拨】解答此类问题时应掌握以下两点：【标准解答】选A、B。假设金属球A原来带负电，那么异种电荷相吸，金属球B电荷量增大，金属箔电荷量可能只减少，也可能先减少，然后带负电且电荷量增加，因此其张角可能只减小，也可能先减小后增大。假设金属球A原来带正电，由于静电感应，同种电荷相斥，金属球B的正电荷电荷量减少，金属箔电荷量增多，张角增大。假设金

17、属球A原来不带电，验电器B上的电荷，使金属球A上产生静电感应，球A上近B端的感应电荷与B上电荷异号相吸，金属球B电荷量增大，金属箔电荷量减少，张角减小。综上所述，选项A、B正确。【总结提升】验电器的带电分析验电器工作时，可用带电体靠近验电器的金属小球，也可以用带电体接触验电器的金属小球。无论哪种情况都满足起电的规律。(1)靠近时，属于感应起电，验电器金属球和金属箔片带上异种电荷。(2)接触时，属于接触起电，验电器金属球和金属箔片带上同种电荷。【变式训练】(2021吴淞高二检测)使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。以下各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的选项是( )【解析】

18、选B。带电的金属球靠近不带电的验电器时，产生静电感应，在验电器金属球上感应出异种电荷，金属箔片上感应出同种电荷，故B选项正确。【温馨提示】电荷间的相互作用规律，是本章的根底知识，也是学习后续内容的必备知识。我们应能熟练地由带电体的电性判断它们之间的相互作用，或由它们之间的相互作用判断它们的电性。 【典例】如下图，a、b、c、d为四个带电小球，两球之间的作用分别为a吸d，b斥c，c斥a，d吸b，那么( )A.仅有两个小球带同种电荷B.仅有三个小球带同种电荷、d小球带同种电荷、d小球带异种电荷考查内容 电荷间的相互作用【思路点拨】利用“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引进行分析。【标准解答】选B、

19、D。由d吸a，d吸b可知a与b带同种电荷，且与d带异种电荷；由c斥a，c斥b可知c、a、b带同种电荷，c与d带异种电荷，所以A、C错，B、D对。 元电荷问题的分析元电荷是电量的单位，很多初学者认为，电子和质子是元电荷，其实不然。(1)电子和质子是实实在在的粒子，而元电荷只是一个电量单位，不是物质；(2)元电荷没有正、负之分，而电子和质子的电荷量分别是-1.610-19 C和+1.610-19 C；(3)任何带电体所带的电荷量都是元电荷的整数倍。【案例展示】以下说法正确的选项是( )A.电子和质子都是元电荷B.一个带电体的带电量为元电荷的倍C.元电荷是最小的电量单位D.元电荷没有正、负之分【标准

20、解答】选C、D。元电荷是最小的电量单位，带电体的电荷量均为元电荷的整数倍；元电荷只是电量的单位，不是带电粒子，没有电性之说，应选项C、D正确。【错因分析】此题易错选A,原因是对元电荷的概念理解不清，将元电荷与电子和质子混淆。1.如果将用毛皮摩擦过的塑料棒接近水流，那么( )A.水流将向远离塑料棒的方向偏转B.水流将向靠近塑料棒的方向偏转C.水流先靠近再远离塑料棒D.水流不偏转【解析】选B。用毛皮摩擦过的塑料棒带负电，带负电的塑料棒有吸引轻小物体的性质，所以水流将向靠近塑料棒的方向偏转。2.(2021杭州高二检测)甲物体与乙物体相互摩擦，没有其他物体参与电荷的交换，发现甲物体带了9.610-16 C的正电荷。以下结论正确的选项是( )A.甲物体失去了6103个电子B.乙物体失去了6103个电子C.乙物体带9.610-16 C的负电荷D.乙物体带9.610-16 C的正电荷【