新教材高中物理第九章静电场及其应用1电荷课件新人教版

1.电荷第九章2022内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.通过摩擦起电形成电荷的概念,理解电荷守恒定律。(物理观念)2.明确三种不同起电方式的本质。(科学思维)3.通过静电感应实验和验电器的使用实验体会电荷间的同斥异吸。(科学探究)4.通过对元电荷的理解,体会电荷量是不连续的,会用原子结构模型解释摩擦起电的原因,激发对自然的好奇心。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、电荷1.两种电荷(1)电荷的分类正电荷:和用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷性质一样的电荷。负电荷:和用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷性质一样的电荷。雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相同。(2)电荷的性质:同号电荷相互排斥,异号电荷相互吸引;且带电体有吸引轻小物体的性质。2.物质的微观结构(1)原子结构:原子是由带正电的质子、不带电的中子以及带负电的电子组成的。(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一样多,整个原子对外界表现为电中性。(3)离子的电性:失去电子的原子为带正电的离子;得到电子的原子为带负电的离子。3.摩擦起电两种物质组成的物体相互摩擦时,一些受束缚较弱的电子会转移到另一个物体上,原来电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体则带正电。想一想用丝绸摩擦过的玻璃棒和摩擦过的琥珀分别去接触碎纸屑和羽毛.能观察到什么现象?怎样解释?提示

摩擦过的玻璃棒能够吸引碎纸屑,摩擦过的琥珀能够吸引羽毛;原因是摩擦过的玻璃棒和琥珀都带了电,带电体能吸引轻小物体。4.自由电子金属中原子的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动,这种电子叫作自由电子。二、静电感应1.静电感应:当一个带电体靠近导体时,由于电荷间相互吸引或排斥,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异种电荷,远离带电体的一端带同种电荷的现象。2.感应起电:利用静电感应使金属导体带电的过程。三、电荷守恒定律1.电荷守恒定律的内容:电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分;在转移过程中,电荷的总量保持不变。2.电荷守恒定律更普遍的表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变。四、元电荷1.元电荷是最小的电荷量,在计算中,数值可取e=1.60×10-19C,最早是由美国物理学家密立根测得的。

2.所有带电体的电荷量都是e的整数倍。3.电子的比荷:电子的电荷量e与电子的质量me之比。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)玻璃棒和丝绸摩擦后玻璃棒带正电说明丝绸上的正电荷移动到玻璃棒上。(

)答案

×解析

原子核是稳定的,正电荷并不移动,移动的是核外电子,玻璃棒和丝绸摩擦时,电子会由玻璃棒转移到丝绸上,所以玻璃棒多余了正电荷,即带了正电。(2)两物体相互摩擦会使物体带电的原因是两物体的原子核对核外电子束缚的能力不同。(

)答案

√(3)甲物体带有+1C电荷,乙物体带有-3C电荷,甲的电荷量大于乙的电荷量。(

)答案

×解析

正负号表示电荷的正负,比较电荷量多少时只能看带电荷量的数量,与正负无关。(4)元电荷就是电子。(

)答案

×解析

最小的电荷量叫作元电荷,电荷量为1.60×10-19

C;电子带负电,电荷量与元电荷相同,但它是微观粒子。(5)质子和电子的比荷相同。(

)答案

×解析

质子和电子的电荷量相同,但质子的质量远大于电子的质量,所以电子的比荷大于质子的比荷。2.关于摩擦起电和感应起电的实质,下列说法正确的是(

)A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能,也说明通过做功可以创造出电荷B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体C.感应起电说明电荷可以使不带电的物体创造电荷D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体答案

B解析

摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移,失电子的物体带正电,得电子的物体带负电,此过程中并非创造了电荷,A错误,B正确;感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分,是电荷在同一导体内部发生了转移,此过程中并非创造了电荷,C、D错误。课堂篇探究学习探究一电荷及三种起电方式【情境导引】图甲是古老的摩擦起电机,图乙是感应起电机。结合图片,思考:

甲

乙(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?原因是什么?要点提示

(1)两个绝缘体摩擦时,其中一个物体失去电子,另一个物体得到电子,分别带上了正、负电荷;(2)感应起电不会发生在绝缘体上,因为绝缘体中的电子不能自由移动。【知识归纳】三种起电方式的比较比较项摩擦起电接触起电感应起电产生条件两种不同物质构成的绝缘体摩擦导体与带电体接触带电体靠近导体比较项摩擦起电接触起电感应起电实验毛皮摩擦橡胶棒带电体接触验电器带电体靠近验电器

结果两物体带上等量异种电荷验电器带上与带电体相同电性的电荷验电器两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同”要点笔记

带电方式有三种,分别为摩擦起电、接触带电、感应起电,三种带电方式的实质都是电子的转移。比较项摩擦起电接触起电感应起电起电原因不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同而发生电子的得失电荷之间的相互作用导体中的自由电子受带正(负)电物体吸引(排斥)而靠近(远离)带电体起电实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移【典例示范】例1(多选)如图所示,A、B为相互接触的用绝缘柱支撑的金属导体,在它们的下部贴有金属箔片,起初它们不带电。C是带正电的小球,下列说法正确的是(

)A.把C移近导体A时,A、B上的金属箔片都张开B.把C移近导体A后,先把A、B分开,然后移去导体C,A、B上的金属箔片仍张开C.把C靠近A稳定后,先把C移走,再把A、B分开,A、B上的金属箔片仍张开D.把C靠近A稳定后,先把A、B分开,再把C移走,然后重新让A、B接触,A上的金属箔片张开,而B上的金属箔片闭合答案

AB解析

虽然A、B起初都不带电,但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用,使A、B中的自由电子向左移动,使A端积累了负电荷,B端积累了正电荷,其下部贴的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷,由于同种电荷间有斥力,所以金属箔片都张开,选项A正确;C在A、B附近时,先把A、B分开,则A、B分别带上了等量的异种电荷,移去C后,A、B上的电性和电荷量不变化,两金属箔片仍张开,选项B正确;如果先移走C,A、B上的感应电荷会在其相互之间力的作用下吸引而中和,不再带电,所以金属箔片都不会张开,选项C错误;先把A、B分开,再移走C,A、B仍然带电,但重新让A、B接触后,A、B上的感应电荷完全中和,金属箔片都不会张开,选项D错误。规律方法

感应起电的两点点拨(1)只有导体中的电子才能自由移动,绝缘体中的电子不能自由移动,所以导体能够发生感应起电,而绝缘体不能。(2)凡是遇到接地的感应起电问题时,该导体与地球可视为一个导体,而且该导体可视为近端,带异种电荷,地球就成为远端,带同种电荷,如图所示。变式训练1(多选)如图所示,将带电棒移近甲、乙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.移走棒,两导体球不分开答案

AC解析

感应起电可以有以下几个步骤:(1)两导体彼此接触;(2)带电体移近两导体;(3)先分开两导体,再移走带电体。由此可知,A项可以使两球都带电,带电体与非带电体接触,电荷发生转移,使物体带电,C项可以使两球都带电,故选项A、C正确。探究二电荷守恒定律【情境导引】小明同学用自制的验电器进行了一些探究实验。如图所示,小明使验电器带了负电荷,经过一段时间后,他发现该验电器的金属箔片(用包装巧克力的锡箔纸制作)几乎闭合了。关于此问题,他跟学习小组讨论后形成了下列观点,你认为哪些是正确的?①小球上原有的负电荷逐渐消失了。②在此现象中,电荷不守恒。③小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了。④该现象是由于电子的转移引起的,仍然遵循电荷守恒定律。要点提示

带负电的验电器在潮湿的空气中,经过一段时间后,小球上的负电荷(电子)被潮湿的空气导走了,但电荷在转移的过程中仍然守恒,故③④正确。【知识归纳】1.物体带电的实质使物体带电不是创造了电荷,使物体不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。2.两金属导体接触后电荷量的分配规律(1)当两个导体材料、形状不同时,接触后再分开,只能使两者均带电,但无法确定电荷量的多少。(2)若使两个完全相同的金属球带电荷量的绝对值分别为q1、q2,则有①若带同种电荷⇒金属球相接触⇒总电荷量平分⇒②若带异种电荷⇒金属球相接触⇒先中和再平分⇒要点笔记

(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达到电中性的过程。【典例示范】例2(2021山东烟台高二阶段考)干燥的天气里一个人脱了鞋在地毯上走,身上聚集了-4.8×10-5C的电荷。已知电子质量me=9.1×10-31kg,电子电荷量e=-1.6×10-19C。(1)多少个电子的电荷量等于-3.2×10-5C?(2)此人身上多出多少个电子?(3)他的质量增加了多少?答案

(1)2×1014个

(2)3×1014个

(3)2.73×10-16kg解析

(1)因为一个电子的电荷量为e=-1.6×10-19

C所以-3.2×10-5

C的电荷量需要电子个数为(3)人增加的质量为m=n'me=3×1014×9.1×10-31

kg=2.73×10-16

kg变式训练2如图所示,将带正电的球C移近不带电的枕形金属导体时,枕形导体上电荷的移动和分布情况是(

)A.枕形导体中的正电荷向B端移动,电子向A端移动,两端带等量电荷B.枕形导体中电子向A端移动,正电荷不移动,两端带等量电荷C.枕形导体中的正、负电荷同时分别向B端和A端移动,A端电荷量大D.枕形导体中的正、负电荷同时分别向A端和B端移动,B端电荷量大答案

B解析

导体中自由电子可以自由移动,带正电荷的是原子核,不能定向移动,由电荷守恒定律知,两端电荷量大小相等。探究三元电荷【情境导引】1.物体的带电荷量可以是任意的吗?带电荷量可以是4×10-19C吗?要点提示

物体的带电荷量不能是任意的,它只能是1.60×10-19

C的整数倍。由于4×10-19

C是1.60×10-19

C的2.5倍,所以带电荷量不能是4×10-19

C。2.电子和质子就是元电荷吗?要点提示

元电荷是电荷量的最小值,不是物质;电子和质子是实实在在的粒子。【知识归纳】1.所有带电体的电荷量或者等于e,或者是e的整数倍。2.质子和电子所带电荷量与元电荷相等,但不能说电子和质子是元电荷。

元电荷非电荷哦!要点笔记

电荷量是不连续的,只能是元电荷的整数倍。【典例示范】例3(多选)下列关于元电荷的说法中正确的是(

)A.元电荷实质上是指电子和质子本身B.一个带电体的带电荷量可以为205.5倍的元电荷C.元电荷没有正负之说D.元电荷e的值最早是由美国物理学家密立根通过实验测定的答案

CD解析

元电荷是指电子或质子所带电荷量的大小,但元电荷不是带电粒子,也没有电性之说,A错误,C正确;元电荷是最小的带电数值,所有带电体的带电荷量一定等于元电荷的整数倍,B错误;元电荷的电荷量e的值最早是由美国物理学家密立根通过实验测定的,D正确。变式训练3(多选)下列说法中正确的是(

)A.电荷量是可以连续变化的B.所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍C.物体所带电荷量可以是任意值D.元电荷的值通常取e=1.60×10-19C答案

BD解析

所有带电体的电荷量或者等于e,或者是e的整数倍,这就是说,电荷量是不能连续变化的物理量。由以上分析可知正确选项为B、D。探究四验电器与静电计【情境导引】制作一个验电器,将带电体靠近验电器上端但不与验电器接触,验电器的金属箔片是否会张开?要点提示

会张开。【知识归纳】1.验电器的两种应用方式及其原理(1)带电体接触验电器当带电的物体与验电器上面的金属球接触时,有一部分电荷转移到验电器上,与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷,因相互排斥而张开,如图甲所示。(2)带电体靠近验电器当带电体靠近验电器上面的金属球时,带电体会使验电器的金属球感应出异种电荷,而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电),两箔片在斥力作用下张开,如图乙所示。2.比较验电器与静电计

比较项验电器静电计图示结构

与玻璃瓶绝缘的金属棒下端连有金属箔片,金属棒的上端可以是金属球,也可以是其他形状的金属

验电器中的金属箔片换成指针,并用金属做外壳比较项验电器静电计作用判断物体是否带电以及所带电荷的种类和相对数量粗略测量两导体间电势差的大小原理静电计是特殊的验电器,两者的原理相同,都是根据电荷间的作用规律来工作的【典例示范】例4

使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的金属箔片张开,如图所示,表示验电器上感应电荷的分布情况,正确的是(

)答案

B解析

把带电金属球移近不带电的验电器,若金属球带正电荷,则将导体上的自由电子吸引上来,这样验电器的上部将带负电荷,箔片带正电荷;若金属球带负电荷,则将导体上的自由电子排斥到最远端,这样验电器的上部将带正电荷,箔片带负电荷。要点笔记

验电器上电荷分布遵守静电感应的规律:“近异远同”。变式训练4

如图所示,用起电机使金属球A带上正电荷,并靠近验电器B,则(

)A.验电器金属箔片不张开,因为球A没有和验电器上的金属球接触B.验电器金属箔片张开,因为整个验电器都感应出了正电荷C.验电器金属箔片张开,因为整个验电器都感应出了负电荷D.验电器金属箔片张开,因为验电器的下部箔片感应出了正电荷答案

D解析

当一个带正电的金属球A靠近原来不带电的验电器时,验电器上的金属小球由于静电感应会带上负电荷,金属箔片由于静电感应会带上正电荷,所以验电器的金属箔片张开的原因是箔片感应出了正电荷,故选项D正确。拓展探究静电感应中的接地分析【典例示范】例5如图所示,不带电导体B在靠近带正电的导体A后,P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷,则以下说法正确的是(

)A.若用导线将Q端接地,然后断开,再取走A,则导体B将带负电B.若用导线将Q端接地,然后断开,再取走A,则导体B将带正电C.若用导线将Q端接地,然后断开,再取走A,则导体B将不带电D.若用导线将P端接地,然后断开,再取走A,则导体B将带正电答案

A解析

当导体B靠近带正电的导体A后,由于静电感应,靠近A的P端感应出负电荷,而远离A的Q端感应出等量的正电荷。此时无论哪一端接地,导体B与大地成为一个新的大导体,这时大地变成了这个新导体的远端,当断开导线再取走A后,导体B带负电,故选