靜電場電荷及其守恒定律

靜電場電荷及其守恒定律第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四“靜電場”是電學(xué)的基礎(chǔ)知識，承前啟后，也是歷年高考的重點(diǎn)之一.需要我們在理解基本概念的基礎(chǔ)上，掌握電荷守恒定律、庫侖定律、場強(qiáng)疊加、勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系、帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)等有關(guān)規(guī)律.學(xué)會運(yùn)用電場線、等勢面等幾何方法形象地描述電場的分布；熟練將運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的規(guī)律應(yīng)用到電場中，分析、解決帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)問題.課標(biāo)領(lǐng)航第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四本章特點(diǎn)之一是概念多且抽象.靜電場的概念及電場強(qiáng)度、電勢、電勢差、電勢能等物理量的理解都是比較抽象的，但是我們可以把它們與重力場及重力加速度、高度、高度差、重力勢能等進(jìn)行類比，在類比中加深對本章知識的掌握.第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四本章特點(diǎn)之二是綜合性較強(qiáng).許多知識是在力學(xué)知識的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)的，所以在學(xué)習(xí)電學(xué)知識前要復(fù)習(xí)好必要的力學(xué)規(guī)律.在分析問題的過程中要經(jīng)常把力、電規(guī)律密切聯(lián)系，綜合運(yùn)用.本章對能力的具體要求是概念準(zhǔn)確，不亂套公式，懂得規(guī)律的成立條件及適用范圍，從規(guī)律出發(fā)進(jìn)行邏輯推理，把相關(guān)知識融會貫通，靈活處理物理問題.第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)電荷及其守恒定律第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.經(jīng)歷摩擦起電和感應(yīng)起電的實(shí)驗(yàn)過程，了解使物體帶電的方法，能從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識物體帶電的本質(zhì).2．理解電荷守恒定律.3．知道什么是元電荷，知道電荷量的概念及其單位，知道比荷的概念.課標(biāo)定位第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四重點(diǎn)難點(diǎn)：起電的實(shí)質(zhì)與電荷守恒定律的理解和應(yīng)用.易錯(cuò)問題：把質(zhì)子、電子誤認(rèn)為元電荷.第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四一、電荷及起電方式

1．物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)：原子由帶

的原子核和帶

的電子組成，電子繞原子核高速旋轉(zhuǎn).原子核的正電荷的數(shù)量跟核外電子的負(fù)電荷的數(shù)量

，所以整個(gè)原子對外界較遠(yuǎn)位置表現(xiàn)為

.金屬原子中離原子核較遠(yuǎn)的電子，往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動(dòng)，這種能自由活動(dòng)的電子叫做

，失去電子的原子便成了帶正電的離子.

正電負(fù)電相等電中性自由電子第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四2．三種起電方式(1)摩擦起電：用絲綢摩擦的玻璃棒帶

，則絲綢帶有

，這是因?yàn)椴ＡО羯系牟糠?/p>

轉(zhuǎn)移到了絲綢上；用毛皮摩擦過的橡膠棒帶

，毛皮帶

，這是因?yàn)槊ど系牟糠?/p>

轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上.正電負(fù)電電子負(fù)電正電電子第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四(2)感應(yīng)起電：把帶電體移近不帶電的導(dǎo)體，可以使靠近帶電體的一端帶

電荷，遠(yuǎn)離的一端帶

電荷，這種現(xiàn)象叫做

，利用靜電感應(yīng)使物體帶電的過程叫做

.(3)接觸起電：不帶電的物體與帶電的物體接觸后會帶上電荷，這種使物體帶電的方式叫做

，兩個(gè)完全相同的物體接觸后，會使電荷量

.異號同號靜電感應(yīng)感應(yīng)起電接觸起電平分第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四感應(yīng)起電的方式能使絕緣體帶電嗎？思考第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【思考·提示】不能.絕緣體中幾乎沒有自由電荷.第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四二、電荷守恒定律表述一：電荷既不會

，也不會

，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到

，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到

.在轉(zhuǎn)移過程中，電荷的總量保持不變.表述二：一個(gè)與外界沒有

交換的系統(tǒng)，電荷的

保持不變.消滅創(chuàng)生另一個(gè)物體另一部分電荷代數(shù)和第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四三、電荷量1．電荷量：電荷的多少.其國際單位是

，簡稱庫，用C表示.2．元電荷：最小的電荷量，即

所帶的電荷量，用e表示，e＝

C，最早由美國物理學(xué)家

測得.3．電子的比荷：電子的

與電子的

之比.庫侖1.6×10－19密立根電荷量質(zhì)量電子第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四一、三種起電方式的比較摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電產(chǎn)生條件兩不同絕緣體摩擦?xí)r導(dǎo)體靠近帶電體時(shí)導(dǎo)體與帶電導(dǎo)體接觸時(shí)現(xiàn)象兩物體帶上等量異種電荷導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，且電性與原帶電體“近異遠(yuǎn)同”導(dǎo)體上帶上與帶電體相同電性的電荷第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電原因不同物質(zhì)的原子核對核外電子的束縛力不同而發(fā)生電子得失導(dǎo)體中的自由電子受帶正(負(fù))電物體吸引(排斥)而靠近(遠(yuǎn)離)電荷之間的相互排斥實(shí)質(zhì)均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四1.感應(yīng)起電成功的關(guān)鍵在于先分開兩物體(或先斷開接地線)然后再移去帶電體.2．兩個(gè)完全相同的帶電金屬球，接觸后再分開時(shí)各自的帶電量可用公式 計(jì)算.

特別提醒第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四二、電荷守恒定律的理解1．“中性”、“中和”的本質(zhì)電中性的物體是有電荷存在的，只是代數(shù)和為0，對外不顯電性；電荷的中和是指電荷的種類、數(shù)量達(dá)到異號、等量時(shí)，正負(fù)電荷代數(shù)和為0.2．“總量”含義：指電荷的代數(shù)和.第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四3．起電過程中電荷變化不論哪一種起電過程都沒有創(chuàng)造電荷，也沒有消滅電荷.本質(zhì)都是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是說物體所帶電荷的重新分配.第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4．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，涵蓋了包括近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律.如：由一個(gè)高能光子可以產(chǎn)生一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，一對正、負(fù)電子可同時(shí)湮沒、轉(zhuǎn)化為光子.在這種情況下，帶電粒子總是成對產(chǎn)生或湮沒，電荷的代數(shù)和不變.第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四

如圖1－1－1所示，掛在絕緣細(xì)線下的小輕質(zhì)通草球，由于電荷的相互作用而靠近或遠(yuǎn)離，所以(

)類型一電荷間的相互作用圖1－1－1例1第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四A．甲圖中兩球一定帶異種電荷B．乙圖中兩球一定帶同種電荷C．甲圖中兩球至少有一個(gè)帶電D．乙圖中兩球只有一個(gè)帶電第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【解析】

若兩物體相互排斥，必定帶同種電荷；若兩物體相互吸引，二者可能帶異種電荷，也可能一個(gè)帶電荷，另一個(gè)不帶電荷.當(dāng)只有一個(gè)物體帶電時(shí)，不帶電物體由于受到帶電物體電荷的作用，原子內(nèi)部的異種電荷趨向于靠近帶電物體，同種電荷趨向于遠(yuǎn)離帶電物體，這一過程類似于靜電感應(yīng)，因此兩物體之間的吸引力大于排斥力，宏觀上顯示的是吸引力.綜上知，B、C選項(xiàng)正確.第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【答案】

BC第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四1．絕緣細(xì)線上端固定，下端懸掛一輕質(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不帶電，如圖1－1－2所示，現(xiàn)使b球帶電，則 (

)圖1－1－2變式拓展第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四A．a(chǎn)、b之間不發(fā)生相互作用B．b將吸引a，吸在一起不分開C．b立即把a(bǔ)排斥開D．b先吸引a，接觸后又把a(bǔ)排斥開第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四解析：選D.b球帶電就能吸引輕質(zhì)小球a，接觸后電荷量重新分配，那么a、b球帶同種電荷，然后就要相互排斥.因此本題突出“近旁”，以表達(dá)吸引并能接觸.第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四如圖1－1－3所示，將帶有負(fù)電的絕緣棒移近兩個(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，下列方法中能使兩球都帶電的是 (

)類型二起電方式的應(yīng)用圖1－1－3例2第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四A．先把兩球分開，再移走棒B．先移走棒，再把兩球分開C．使棒與甲球瞬時(shí)接觸，再移走棒D．先使乙球瞬時(shí)接地，再移走棒第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【解析】

由于靜電感應(yīng)，甲球感應(yīng)出正電荷，乙球感應(yīng)出負(fù)電荷，把兩球分開后，它們帶上了等量異種電荷，所以A正確；若先將棒移走，則兩球不會有靜電感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生，所以不會帶上電荷，B錯(cuò)誤；使棒與甲球接觸，則兩球會因接觸而帶上負(fù)電荷，所以C正確；若使乙球瞬時(shí)接地，則乙球上感應(yīng)出的負(fù)電荷因受斥力而被導(dǎo)走，再將棒移走，由于甲、乙是接觸的，所以甲球上的電荷會重新分布在甲、乙兩球上，結(jié)果是兩球都帶上了正電荷，所以D正確.第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【答案】

ACD【思維總結(jié)】

對每一種起電方法要理解起電過程，如感應(yīng)起電是由于外來電荷(電場)的作用使某導(dǎo)體內(nèi)電荷重新分布，接觸起電是由于電荷間作用使兩導(dǎo)體間電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移.第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四2．例題中，能使甲、乙兩球帶同種電荷的是

(

)解析：選CD.接觸起電使甲、乙兩球都帶負(fù)電，所以C對，乙球瞬時(shí)接地，甲球帶正電，乙球不帶電，再移走棒，甲、乙兩球均帶正電，故D對.變式拓展第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四如圖1－1－4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 (

)例3類型三用驗(yàn)電器判斷物體的帶電情況圖1－1－4第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四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【思路點(diǎn)撥】

靠近和接觸驗(yàn)電器金屬球都可以判斷其是否帶電，前者發(fā)生的是靜電感應(yīng)現(xiàn)象，后者是因?yàn)閹щ婓w所帶的電荷可以轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上.第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【解析】

驗(yàn)電器的金箔之所以張開，是因?yàn)樗鼈兌紟в姓姾?，而同種電荷相互排斥，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(yàn)電器的B球時(shí)，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(xiàng)B正確，同時(shí)否定選項(xiàng)C.如果A球不帶電，在靠近B球時(shí)，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.

第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四A球上負(fù)的感應(yīng)電荷與驗(yàn)電器上的正電荷發(fā)生相互作用，由于負(fù)電荷離驗(yàn)電器較近而表現(xiàn)為吸引作用，從而使金箔張角減小，選項(xiàng)A正確，同時(shí)否定選項(xiàng)D.【答案】

AB第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【思維總結(jié)】

驗(yàn)電器可以判斷物體是否帶電、帶電荷的種類及電荷量的多少.當(dāng)帶電體靠近驗(yàn)電器金屬球或接觸驗(yàn)電器金屬球時(shí)，驗(yàn)電器的金屬箔都會張開，但要注意區(qū)分帶電體靠近驗(yàn)電器金屬球和接觸金屬球時(shí)，驗(yàn)電器所帶電荷的不同.第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四3．(2010年武漢市調(diào)研測試)如圖1－1－5所示，用起電機(jī)使金屬球A帶上正電，靠近驗(yàn)電器B，則 (

)圖1－1－5變式拓展第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四A．驗(yàn)電器金箔不張開，因?yàn)榍駻沒有和B接觸B．驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都帶上了正電C．驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)檎麄€(gè)驗(yàn)電器都帶上了負(fù)電D．驗(yàn)電器金箔張開，因?yàn)轵?yàn)電器下部箔片都帶上了正電第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四解析：選D.A球帶正電，靠近驗(yàn)電器B時(shí)，發(fā)生靜電感應(yīng)，驗(yàn)電器的金屬球帶負(fù)電，金屬箔片帶正電而張開.第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四有A、B、C三個(gè)完全相同的金屬球，A帶1.2×10－4C的正電荷，B、C不帶電，現(xiàn)用相互接觸的方法使它們都帶電，則A、B、C所帶的電荷量可能是下面哪組數(shù)據(jù) (

)A．6.0×10－5C,4.0×10－5C,4.0×10－5CB．6.0×10－5C,4.0×10－5C,2.0×10－5CC．4.5×10－5C,4.5×10－5C,3.0×10－5CD．5.0×10－5C,5.0×10－5C,2.0×10－5C例4類型四電荷守恒定律的應(yīng)用

第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【解析】

三個(gè)球電荷量的總和大于原來A球的電荷量，由電荷守恒定律排除A項(xiàng)；無論什么時(shí)候，若三個(gè)球同時(shí)接觸，則每球各分總電荷量的1/3，且之后無論怎樣接觸，各球的電荷量都不會再發(fā)生變化.若三球電荷量不相等，最后一次必為兩球接觸，則必有兩個(gè)球的電荷量相等.從而可排除B；選項(xiàng)C、D，均滿足電荷守恒定律，設(shè)從第一次兩球接觸開始，如A、B接觸，A、B各帶電荷量6.0×10－5C，第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四第二次B、C接觸后各帶電荷量3.0×10－5C，三球所帶電荷量分別為6.0×10－5C、3.0×10－5C、3.0×10－5C；第三次用A、B接觸，各分電荷量4.5×10－5C，即選項(xiàng)C的分配結(jié)果，由此又可推知，此后無論怎樣接觸，電荷量也不會多于4.5×10－5C，從而選C而否定D.【答案】

C第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四【思維總結(jié)】

本題用電荷守恒定律排除和遞推找出獲得所給電荷量分配的途徑，即可最終得到結(jié)果.第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四4．(2010年北京市東城區(qū)高三綜合練習(xí))原來甲、乙、丙三物體都不帶電，今使甲、乙兩物體相互摩擦后，乙物體再與丙物體接觸，最后，得知甲物體帶正電1.6×10－15C，丙物體帶電8×10－16C．則對于最后乙、丙兩物體的帶電情況下列說法中正確的是 (

)變式拓展第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四A．乙物體一定帶有負(fù)電荷8×10－16CB．乙物體可能帶有負(fù)電荷2.4×10－15CC．丙物體一定帶有正電荷8×10－16CD．丙物體一定帶有負(fù)電荷8×10－16C第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四解析：選AD.由于甲、乙、丙原來都不帶電，即都沒有凈電荷.甲、乙摩擦導(dǎo)致甲失去電子1.6×10－15C而帶正電，乙物體得到電子而帶1.6×10－15C的負(fù)電荷；乙物體與不帶電的丙物體接觸，從而使一部分負(fù)電荷轉(zhuǎn)移到丙物體上，故可知乙、丙兩物體都帶負(fù)電荷，由電荷守恒可知乙最終所帶負(fù)電的多少為1.6×10－15 C－8×10－16C＝8×10－16C，故A、D正確.第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四1．以下判斷小球是否帶電的說法中正確的是 (

)A．用一個(gè)帶電體靠近它，如果能夠吸引小球，則小球一定帶電B．用一個(gè)帶電體靠近它，如果能夠排斥小球，則小球一定帶電第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四C．用驗(yàn)電器的金屬球接觸它后，如果驗(yàn)電器的金屬箔能改變角度，則小球一定帶電D．如果小球能吸引小紙屑，則小球一定帶電解析：選BD.用一個(gè)帶電體靠近它，如果能夠吸引小球，小球可能帶異種電荷，也可能不帶電；如果能夠排斥小球，則小球一定帶同種電荷.用驗(yàn)電器的金屬球接觸它時(shí)，還需知道驗(yàn)電器金屬球的帶電情況才能予以判斷.帶電小球能吸引輕小物體是帶電體的性質(zhì).第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期四2．關(guān)于摩擦起電，下列說法中正確的是 (

)A．兩