電荷（導(dǎo)學(xué)案）高二物理（人教版2019）

第1節(jié)電荷導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、分析摩擦起電和帶電體間的相互作用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，知道自然界存在兩種電荷。知道電荷量的概念及其國(guó)際單位。2、會(huì)用原子結(jié)構(gòu)模型解釋摩擦起電的原因，觀察并分析靜電感應(yīng)現(xiàn)象，進(jìn)一步提高應(yīng)用物理模型解釋現(xiàn)象的能力。3、通過觀察摩擦起電、靜電感應(yīng)等現(xiàn)象，激發(fā)對(duì)自然界的好奇心。4、通過不同起電方式的分析得出電荷守恒定律，理解電荷守恒定律，體會(huì)守恒觀念對(duì)認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的重要性。5、知道元電荷概念，體會(huì)電荷量是不連續(xù)的?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】學(xué)習(xí)重點(diǎn)：電荷守恒定律的理解。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識(shí)物體帶電的本質(zhì)?！局R(shí)回顧】（初中物理部分知識(shí)點(diǎn)回顧）1、自然界只有兩種電荷。人們把用絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷叫做正電荷，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電荷叫做負(fù)電荷。電荷間的相互作用是：同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。2、常見的物質(zhì)是由分子、原子構(gòu)成的。原子也有進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)，它的中心是原子核，在原子核周圍，有一定數(shù)目的電子。電子帶負(fù)電荷，原子核帶正電荷。在通常情況下，原子核所帶的正電荷與核外所有電子所帶的負(fù)電荷在數(shù)量上相等，原子整體不顯電性。3、容易導(dǎo)電的物體叫做導(dǎo)體，例如金屬、人體、大地、石墨、食鹽水溶液等。不容易導(dǎo)電的物體叫做絕緣體，例如橡膠、玻璃、塑料等。在金屬中，部分電子可以脫離原子核的束縛，而在金屬內(nèi)部自由移動(dòng)，這種電子叫做自由電子。金屬導(dǎo)電，靠的就是自由電子?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1、物體帶電的實(shí)質(zhì)是物體得、失電子，得到電子的物體帶負(fù)電，失去電子的物體帶正電。2、電荷守恒定律：電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變。3、元電荷的大小：e＝1.6×1019C。電荷量與質(zhì)量的比值，叫做比荷，也叫荷質(zhì)比?！菊n堂探究】新課導(dǎo)入：摩擦可以使物體帶電。摩擦過的琥珀能夠吸引羽毛。思考：為什么有的物體容易帶電，而有的物體很難帶電呢？?jī)蓚€(gè)束縛電子的能力差別較大的物體在摩擦?xí)r更容易帶電，如琥珀與絲綢、玻璃棒與絲綢、橡膠棒與毛皮等，反之，兩個(gè)束縛電子的能力差別較小的物體在摩擦?xí)r就很難帶電。第一部分電荷中、西方對(duì)電現(xiàn)象的觀察和認(rèn)識(shí)過程。【視頻】帶電的橡膠棒、玻璃棒對(duì)輕小物體的吸引，兩者之間的相互作用。思考1：怎樣得到正電荷、負(fù)電荷呢？怎樣解釋視頻中的現(xiàn)象？用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷是正電荷。用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。思考2：電荷有大小、多少之分嗎？如何表示電荷的大小呢？電荷的多少叫電荷量，用Q或q表示。電荷量的國(guó)際單位是庫侖，簡(jiǎn)稱庫，符號(hào)C。正電荷的電荷量為正值，負(fù)電荷的電荷量為負(fù)值。正負(fù)不代表大小，只表示電性。1C的定義：1A恒定電流在1s時(shí)間間隔內(nèi)所傳送的電荷量為1C。第二部分物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)思考1：從微觀角度看，物體為什么會(huì)帶電呢？原子是由帶正電的質(zhì)子、不帶電的中子以及帶負(fù)電的電子組成的。思考2：為何有的物體不帶電，有的帶正電荷、有的帶負(fù)電荷？每個(gè)原子中質(zhì)子的正電荷數(shù)量與電子的負(fù)電荷數(shù)量一樣多，所以整個(gè)原子對(duì)外界表現(xiàn)為電中性。原子核一般是很穩(wěn)定的。離原子核較遠(yuǎn)的電子容易受外界的作用而脫離原子。原來電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電。也就是說，物體帶電的實(shí)質(zhì)就是物體得、失電子。思考3：為什么導(dǎo)體能導(dǎo)電？絕緣體不能導(dǎo)電？金屬中原子的外層電子往往會(huì)脫離原子核的束縛而在金屬中自由運(yùn)動(dòng)，這種電子叫作自由電子。失去自由電子的原子便成為帶正電的離子，這就使金屬成為導(dǎo)體。絕緣體中幾乎不存在能自由移動(dòng)的電荷。第三部分起電的三種方式【視頻】摩擦起電。思考1：摩擦起電的本質(zhì)是什么？不同物體對(duì)電子的束縛能力不同。摩擦過程中，（對(duì)電子的束縛能力強(qiáng)的）物體得到電子帶負(fù)電，（對(duì)電子的束縛能力弱的）物體失去電子帶正電。【視頻】感應(yīng)起電。思考2：視頻中的現(xiàn)象怎么解釋？當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，由于電荷間相互吸引或排斥，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異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫做感應(yīng)起電。思考3：感應(yīng)起電的過程中有新的電荷產(chǎn)生嗎？感應(yīng)起電并沒有產(chǎn)生新的電荷，而是在帶電體的作用下，導(dǎo)體上的電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分?！疽曨l】接觸起電。思考4：視頻中，接觸后，覆蓋金屬箔的小球?yàn)楹螘?huì)被彈開？說明小球帶有了和金屬球相同的電荷。一個(gè)不帶電的導(dǎo)體通過與另一個(gè)帶電體接觸后再分開，從而成為帶電體的現(xiàn)象，叫做接觸起電。思考5：真空中兩個(gè)完全相同的帶電小球相接觸，在電荷轉(zhuǎn)移的過程中，電荷怎樣分配呢？小練習(xí)：兩個(gè)完全相同的導(dǎo)體，接觸后再分開，二者將原來所帶電量的總和平均分配?！疽曨l】驗(yàn)電器與靜電計(jì)。思考6：驗(yàn)電器的主要結(jié)構(gòu)有哪些？金屬球、金屬桿、金屬箔等。思考7：驗(yàn)電器的工作原理是什么？同種電荷互相排斥。思考8：驗(yàn)電器的作用有哪些？①檢驗(yàn)物體是否帶電；②粗略判斷物體帶電的多少。第四部分電荷守恒定律思考1：起電的三種方式有哪些異同點(diǎn)？起電方式摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電產(chǎn)生條件兩不同絕緣體摩擦導(dǎo)體靠近帶電體導(dǎo)體與帶電導(dǎo)體接觸現(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原因原子核對(duì)電子束縛力弱的物體失去電子，強(qiáng)的得到電子導(dǎo)體中的自由電子在電荷間力的作用下，從物體的一端轉(zhuǎn)移到另一端在電荷間力的作用下，自由電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體實(shí)質(zhì)均為電子在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移?？梢?，三種起電方式都沒有創(chuàng)造電荷，只是電荷的分布發(fā)生了變化。思考2：追尋守恒量是物理學(xué)研究物質(zhì)世界的重要方法之一。電荷是否也滿足某種守恒的規(guī)律呢？電荷守恒定律表述一：大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，電荷既不能創(chuàng)生，也不能消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變。表述二：一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變。電荷守恒定律是自然界重要的基本規(guī)律之一。第五部分元電荷思考1：電荷的總量是守恒的，那么，物體的所帶的電荷量是任意數(shù)值嗎？最小電荷量就是電子所帶的電荷量。人們把這個(gè)最小的電荷量叫作元電荷，用e表示。所有帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍，即q＝ne（n為整數(shù)）。這就是說，電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。一個(gè)電子或質(zhì)子所帶電荷量的絕對(duì)值等于元電荷，e＝1.6×1019C。這一數(shù)值最早是由美國(guó)科學(xué)家密立根測(cè)定的。電荷量與質(zhì)量的比值叫做比荷，也叫荷質(zhì)比。電子的比荷為：e思考2：元電荷是怎樣測(cè)定的？美國(guó)物理學(xué)家密立根從1909到1917年所做的測(cè)量微小油滴上所帶電荷的工作，即所謂油滴實(shí)驗(yàn)，在全世界久負(fù)盛名，堪稱實(shí)驗(yàn)物理的典范。他精確地測(cè)定了電子電荷的值，直接證實(shí)了電荷的不連續(xù)性，所以說，密立根油滴實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展史上具有重要的意義。密立根由于測(cè)定了電子電荷和借助光電效應(yīng)測(cè)量出普朗克常數(shù)等數(shù)項(xiàng)成就，榮獲1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?！咀晕覝y(cè)評(píng)】1．（2022·江蘇·寶應(yīng)中學(xué)高一階段練習(xí)）摩擦過的琥珀能夠吸引羽毛，下列說法中正確的是（）A．說明羽毛帶有與琥珀所帶電性不同的電荷B．說明帶電體能吸引輕小物體C．當(dāng)羽毛與琥珀接觸時(shí)，琥珀所帶的電荷會(huì)運(yùn)動(dòng)到羽毛中去D．琥珀與琥珀摩擦也能帶電【答案】B【詳解】AB．帶電的琥珀吸引了羽毛說明帶電體能吸引輕小物體，不是因?yàn)槎邘М惙N電荷，故A錯(cuò)誤，B正確。C．琥珀能夠吸引住羽毛，說明當(dāng)羽毛與琥珀接觸時(shí)，琥珀所帶的電荷不會(huì)運(yùn)動(dòng)到羽毛中去，否則兩者會(huì)因帶同種電荷而發(fā)生排斥，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．相同的物質(zhì)得失電子的能力相同，則琥珀與琥珀摩擦不會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，不能帶電，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選B。2．（2022·浙江·紹興高一）如圖所示，小劉同學(xué)利用驗(yàn)電器做靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)。她先用包裝用的氣泡膜和PVC管摩擦，使PVC管因?yàn)槭ル娮佣鴰щ?。左手拿帶電的PVC管靠近（但不接觸）驗(yàn)電器，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的金屬箔片張開，然后用右指接觸驗(yàn)電器上端的金屬圓球，發(fā)現(xiàn)箔片閉合。以下對(duì)此實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是（）A．發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器箔片張開，是因?yàn)榇藭r(shí)箔片帶負(fù)電，但驗(yàn)電器整體仍是電中性的B．右指接觸驗(yàn)電器時(shí)電子從驗(yàn)電器流向手指C．如果松開右手，再撤去PVC管，驗(yàn)電器的箔片又會(huì)張開，驗(yàn)電器整體帶負(fù)電D．如果松開右手，再撤去PVC管，驗(yàn)電器的箔片依然閉合【答案】C【詳解】A．"PVC"管因?yàn)槭ル娮佣鴰д?，?dāng)其靠近驗(yàn)電器時(shí)，那么驗(yàn)電器的金屬球會(huì)帶負(fù)電，則箔片帶正電，故A錯(cuò)誤；B．因"PVC"管帶正，驗(yàn)電器的金屬球感應(yīng)出負(fù)電荷，相應(yīng)的金屬箔會(huì)出現(xiàn)剩余正電荷，手指接觸驗(yàn)電器，使得驗(yàn)電器接地，中和金屬箔上剩余的正電荷，使金屬箔不帶電，所以右指接觸驗(yàn)電器時(shí)，是電子從手指流向驗(yàn)電器，故B錯(cuò)誤；CD．由于手指接觸驗(yàn)電器時(shí)，電子從手指流向驗(yàn)電器，驗(yàn)電器整體帶負(fù)電，此時(shí)松開右手，再撤去"PVC"管，因驗(yàn)電器整體帶負(fù)電，驗(yàn)電器的箔片仍會(huì)張開，故C正確，D錯(cuò)誤。故選C。3．（2021·廣西·靈山縣天山中學(xué)高二期中）（多選）關(guān)于物體的帶電荷量，以下說法中正確的是（）A．物體所帶的電荷量應(yīng)該是某些特定值B．物體帶電+1.60×10-9C，這是因?yàn)樵撐矬w失去了C．物體帶電荷量的最小值為1.6×D．物體所帶的電荷量可以為任意實(shí)數(shù)【答案】ABC【詳解】AD．物體所帶的電荷量應(yīng)該是元電荷的整數(shù)倍，故A正確，不符合題意，D錯(cuò)誤，符合題意；B．一個(gè)電子的帶電量為q=-1.6×10-19C，物體帶正電說明物體失去相等的負(fù)電荷，從而帶正電荷，則失去的電子數(shù)為n=QC．物體帶電荷量的最小值為1.6×10-19C故選ABC。4．（2022·浙江紹興·二模）富蘭克林為研究雷電現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，避雷針線路與接地線分開，并在分開處裝上帽形的金屬鐘A與B，兩鐘之間以絲線懸掛一個(gè)金屬小球C，A鐘下方用導(dǎo)線連接兩個(gè)很輕.的金屬小球形成驗(yàn)電器D，避雷針上空附近的云不帶電時(shí)，三個(gè)金屬小球均靜止下垂。若帶負(fù)電的云接近避雷針頂端時(shí)，則（）A．避雷針頂端帶負(fù)電B．接地線上有正電荷流入大地C．驗(yàn)電器D上的兩個(gè)金屬小球最后會(huì)下垂并相互接觸D．金屬小球C會(huì)在A與B之間擺動(dòng)，不斷來回撞擊A與B【答案】D【詳解】A．根據(jù)異種電荷相互吸引、同種電荷相互排斥，可知若帶負(fù)電的云接近避雷針頂端時(shí)，避雷針頂端帶正電，故A錯(cuò)誤；B．金屬內(nèi)的正電荷不會(huì)移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；CD．由A選項(xiàng)分析可知，驗(yàn)電器D下端帶負(fù)電，小球C在驗(yàn)電器D下端的吸引下撞擊A，然后和A帶同種電荷負(fù)電，然后相互排斥，和B接觸，此時(shí)電子通過B導(dǎo)入大地，然后C不帶電，如此反復(fù)，驗(yàn)電器下端兩小球始終帶負(fù)電，所以兩小球相互排斥，故D正確，C錯(cuò)誤。故選D。5．（多選）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吸引d，b排斥c，c排斥a，d吸引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【答案】BD【詳解】試題分析：設(shè)a帶正電，則a吸d，異種電荷相吸，所以d帶負(fù)電．c斥a，同種電荷相斥，所以c帶正電．d吸b，所以b帶正電；即a+、d、c+、b+；故選BD．考點(diǎn)：電荷間的相互作用【名師點(diǎn)睛】本題比較簡(jiǎn)單，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；可采用假設(shè)法進(jìn)行分析判斷．【學(xué)后反思】_____________________________