新教材高中物理第九章靜電場及其應(yīng)用1電荷課件新人教版

1.電荷第九章2022內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習課堂篇探究學習學習目標1.通過摩擦起電形成電荷的概念,理解電荷守恒定律。(物理觀念)2.明確三種不同起電方式的本質(zhì)。(科學思維)3.通過靜電感應(yīng)實驗和驗電器的使用實驗體會電荷間的同斥異吸。(科學探究)4.通過對元電荷的理解,體會電荷量是不連續(xù)的,會用原子結(jié)構(gòu)模型解釋摩擦起電的原因,激發(fā)對自然的好奇心。(科學態(tài)度與責任)思維導(dǎo)圖課前篇自主預(yù)習【必備知識】一、電荷1.兩種電荷(1)電荷的分類正電荷:和用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷性質(zhì)一樣的電荷。負電荷:和用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷性質(zhì)一樣的電荷。雷電的性質(zhì)與摩擦產(chǎn)生的電的性質(zhì)完全相同。(2)電荷的性質(zhì):同號電荷相互排斥,異號電荷相互吸引;且?guī)щ婓w有吸引輕小物體的性質(zhì)。2.物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)(1)原子結(jié)構(gòu):原子是由帶正電的質(zhì)子、不帶電的中子以及帶負電的電子組成的。(2)原子電性:原子核的正電荷的數(shù)量與核外電子負電荷的數(shù)量一樣多,整個原子對外界表現(xiàn)為電中性。(3)離子的電性:失去電子的原子為帶正電的離子;得到電子的原子為帶負電的離子。3.摩擦起電兩種物質(zhì)組成的物體相互摩擦時,一些受束縛較弱的電子會轉(zhuǎn)移到另一個物體上,原來電中性的物體由于得到電子而帶負電,失去電子的物體則帶正電。想一想用絲綢摩擦過的玻璃棒和摩擦過的琥珀分別去接觸碎紙屑和羽毛.能觀察到什么現(xiàn)象?怎樣解釋?提示

摩擦過的玻璃棒能夠吸引碎紙屑,摩擦過的琥珀能夠吸引羽毛;原因是摩擦過的玻璃棒和琥珀都帶了電,帶電體能吸引輕小物體。4.自由電子金屬中原子的外層電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由運動,這種電子叫作自由電子。二、靜電感應(yīng)1.靜電感應(yīng):當一個帶電體靠近導(dǎo)體時,由于電荷間相互吸引或排斥,導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷,遠離帶電體的一端帶同種電荷的現(xiàn)象。2.感應(yīng)起電:利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程。三、電荷守恒定律1.電荷守恒定律的內(nèi)容:電荷既不會創(chuàng)生,也不會消滅,它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分;在轉(zhuǎn)移過程中,電荷的總量保持不變。2.電荷守恒定律更普遍的表述:一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和保持不變。四、元電荷1.元電荷是最小的電荷量,在計算中,數(shù)值可取e=1.60×10-19C,最早是由美國物理學家密立根測得的。

2.所有帶電體的電荷量都是e的整數(shù)倍。3.電子的比荷:電子的電荷量e與電子的質(zhì)量me之比。【自我檢測】1.正誤判斷,判斷結(jié)果為錯誤的小題說明原因。(1)玻璃棒和絲綢摩擦后玻璃棒帶正電說明絲綢上的正電荷移動到玻璃棒上。(

)答案

×解析

原子核是穩(wěn)定的,正電荷并不移動,移動的是核外電子,玻璃棒和絲綢摩擦時,電子會由玻璃棒轉(zhuǎn)移到絲綢上,所以玻璃棒多余了正電荷,即帶了正電。(2)兩物體相互摩擦會使物體帶電的原因是兩物體的原子核對核外電子束縛的能力不同。(

)答案

√(3)甲物體帶有+1C電荷,乙物體帶有-3C電荷,甲的電荷量大于乙的電荷量。(

)答案

×解析

正負號表示電荷的正負,比較電荷量多少時只能看帶電荷量的數(shù)量,與正負無關(guān)。(4)元電荷就是電子。(

)答案

×解析

最小的電荷量叫作元電荷,電荷量為1.60×10-19

C;電子帶負電,電荷量與元電荷相同,但它是微觀粒子。(5)質(zhì)子和電子的比荷相同。(

)答案

×解析

質(zhì)子和電子的電荷量相同,但質(zhì)子的質(zhì)量遠大于電子的質(zhì)量,所以電子的比荷大于質(zhì)子的比荷。2.關(guān)于摩擦起電和感應(yīng)起電的實質(zhì),下列說法正確的是(

)A.摩擦起電現(xiàn)象說明機械能可以轉(zhuǎn)化為電能,也說明通過做功可以創(chuàng)造出電荷B.摩擦起電說明電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體C.感應(yīng)起電說明電荷可以使不帶電的物體創(chuàng)造電荷D.感應(yīng)起電說明電荷可以從帶電的物體轉(zhuǎn)移到原來不帶電的物體答案

B解析

摩擦起電的實質(zhì)是電子在相互摩擦的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移,失電子的物體帶正電,得電子的物體帶負電,此過程中并非創(chuàng)造了電荷,A錯誤,B正確;感應(yīng)起電的實質(zhì)是電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,是電荷在同一導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生了轉(zhuǎn)移,此過程中并非創(chuàng)造了電荷,C、D錯誤。課堂篇探究學習探究一電荷及三種起電方式【情境導(dǎo)引】圖甲是古老的摩擦起電機,圖乙是感應(yīng)起電機。結(jié)合圖片,思考:

甲

乙(1)兩個絕緣體發(fā)生摩擦為什么會帶上電荷?(2)感應(yīng)起電能發(fā)生在絕緣體上嗎?原因是什么?要點提示

(1)兩個絕緣體摩擦時,其中一個物體失去電子,另一個物體得到電子,分別帶上了正、負電荷;(2)感應(yīng)起電不會發(fā)生在絕緣體上,因為絕緣體中的電子不能自由移動?！局R歸納】三種起電方式的比較比較項摩擦起電接觸起電感應(yīng)起電產(chǎn)生條件兩種不同物質(zhì)構(gòu)成的絕緣體摩擦導(dǎo)體與帶電體接觸帶電體靠近導(dǎo)體比較項摩擦起電接觸起電感應(yīng)起電實驗毛皮摩擦橡膠棒帶電體接觸驗電器帶電體靠近驗電器

結(jié)果兩物體帶上等量異種電荷驗電器帶上與帶電體相同電性的電荷驗電器兩端出現(xiàn)等量異種電荷,且電性與原帶電體“近異遠同”要點筆記

帶電方式有三種,分別為摩擦起電、接觸帶電、感應(yīng)起電,三種帶電方式的實質(zhì)都是電子的轉(zhuǎn)移。比較項摩擦起電接觸起電感應(yīng)起電起電原因不同物質(zhì)的原子核對核外電子的束縛能力不同而發(fā)生電子的得失電荷之間的相互作用導(dǎo)體中的自由電子受帶正(負)電物體吸引(排斥)而靠近(遠離)帶電體起電實質(zhì)均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移【典例示范】例1(多選)如圖所示,A、B為相互接觸的用絕緣柱支撐的金屬導(dǎo)體,在它們的下部貼有金屬箔片,起初它們不帶電。C是帶正電的小球,下列說法正確的是(

)A.把C移近導(dǎo)體A時,A、B上的金屬箔片都張開B.把C移近導(dǎo)體A后,先把A、B分開,然后移去導(dǎo)體C,A、B上的金屬箔片仍張開C.把C靠近A穩(wěn)定后,先把C移走,再把A、B分開,A、B上的金屬箔片仍張開D.把C靠近A穩(wěn)定后,先把A、B分開,再把C移走,然后重新讓A、B接觸,A上的金屬箔片張開,而B上的金屬箔片閉合答案

AB解析

雖然A、B起初都不帶電,但帶正電的導(dǎo)體C對A、B內(nèi)的電荷有力的作用,使A、B中的自由電子向左移動,使A端積累了負電荷,B端積累了正電荷,其下部貼的金屬箔片分別帶上了與A、B同種的電荷,由于同種電荷間有斥力,所以金屬箔片都張開,選項A正確;C在A、B附近時,先把A、B分開,則A、B分別帶上了等量的異種電荷,移去C后,A、B上的電性和電荷量不變化,兩金屬箔片仍張開,選項B正確;如果先移走C,A、B上的感應(yīng)電荷會在其相互之間力的作用下吸引而中和,不再帶電,所以金屬箔片都不會張開,選項C錯誤;先把A、B分開,再移走C,A、B仍然帶電,但重新讓A、B接觸后,A、B上的感應(yīng)電荷完全中和,金屬箔片都不會張開,選項D錯誤。規(guī)律方法

感應(yīng)起電的兩點點撥(1)只有導(dǎo)體中的電子才能自由移動,絕緣體中的電子不能自由移動,所以導(dǎo)體能夠發(fā)生感應(yīng)起電,而絕緣體不能。(2)凡是遇到接地的感應(yīng)起電問題時,該導(dǎo)體與地球可視為一個導(dǎo)體,而且該導(dǎo)體可視為近端,帶異種電荷,地球就成為遠端,帶同種電荷,如圖所示。變式訓(xùn)練1(多選)如圖所示,將帶電棒移近甲、乙兩個不帶電的導(dǎo)體球,兩個導(dǎo)體球開始時互相接觸且對地絕緣。下述幾種方法中能使兩球都帶電的是(

)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的一個球,再把兩球分開D.移走棒,兩導(dǎo)體球不分開答案

AC解析

感應(yīng)起電可以有以下幾個步驟:(1)兩導(dǎo)體彼此接觸;(2)帶電體移近兩導(dǎo)體;(3)先分開兩導(dǎo)體,再移走帶電體。由此可知,A項可以使兩球都帶電,帶電體與非帶電體接觸,電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移,使物體帶電,C項可以使兩球都帶電,故選項A、C正確。探究二電荷守恒定律【情境導(dǎo)引】小明同學用自制的驗電器進行了一些探究實驗。如圖所示,小明使驗電器帶了負電荷,經(jīng)過一段時間后,他發(fā)現(xiàn)該驗電器的金屬箔片(用包裝巧克力的錫箔紙制作)幾乎閉合了。關(guān)于此問題,他跟學習小組討論后形成了下列觀點,你認為哪些是正確的?①小球上原有的負電荷逐漸消失了。②在此現(xiàn)象中,電荷不守恒。③小球上負電荷減少的主要原因是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了。④該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的,仍然遵循電荷守恒定律。要點提示

帶負電的驗電器在潮濕的空氣中,經(jīng)過一段時間后,小球上的負電荷(電子)被潮濕的空氣導(dǎo)走了,但電荷在轉(zhuǎn)移的過程中仍然守恒,故③④正確?！局R歸納】1.物體帶電的實質(zhì)使物體帶電不是創(chuàng)造了電荷,使物體不帶電也不是消滅了電荷。物體帶電的實質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移,也就是物體間電荷的重新分配。摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電均符合電荷守恒定律。2.兩金屬導(dǎo)體接觸后電荷量的分配規(guī)律(1)當兩個導(dǎo)體材料、形狀不同時,接觸后再分開,只能使兩者均帶電,但無法確定電荷量的多少。(2)若使兩個完全相同的金屬球帶電荷量的絕對值分別為q1、q2,則有①若帶同種電荷?金屬球相接觸?總電荷量平分?②若帶異種電荷?金屬球相接觸?先中和再平分?要點筆記

(1)中性:物體內(nèi)有電荷存在,但正、負電荷的絕對值相等,對外不顯電性。(2)中和:兩個帶有等量異種電荷的帶電體相遇達到電中性的過程?！镜淅痉丁坷?(2021山東煙臺高二階段考)干燥的天氣里一個人脫了鞋在地毯上走,身上聚集了-4.8×10-5C的電荷。已知電子質(zhì)量me=9.1×10-31kg,電子電荷量e=-1.6×10-19C。(1)多少個電子的電荷量等于-3.2×10-5C?(2)此人身上多出多少個電子?(3)他的質(zhì)量增加了多少?答案

(1)2×1014個

(2)3×1014個

(3)2.73×10-16kg解析

(1)因為一個電子的電荷量為e=-1.6×10-19

C所以-3.2×10-5

C的電荷量需要電子個數(shù)為(3)人增加的質(zhì)量為m=n'me=3×1014×9.1×10-31

kg=2.73×10-16

kg變式訓(xùn)練2如圖所示,將帶正電的球C移近不帶電的枕形金屬導(dǎo)體時,枕形導(dǎo)體上電荷的移動和分布情況是(

)A.枕形導(dǎo)體中的正電荷向B端移動,電子向A端移動,兩端帶等量電荷B.枕形導(dǎo)體中電子向A端移動,正電荷不移動,兩端帶等量電荷C.枕形導(dǎo)體中的正、負電荷同時分別向B端和A端移動,A端電荷量大D.枕形導(dǎo)體中的正、負電荷同時分別向A端和B端移動,B端電荷量大答案

B解析

導(dǎo)體中自由電子可以自由移動,帶正電荷的是原子核,不能定向移動,由電荷守恒定律知,兩端電荷量大小相等。探究三元電荷【情境導(dǎo)引】1.物體的帶電荷量可以是任意的嗎?帶電荷量可以是4×10-19C嗎?要點提示

物體的帶電荷量不能是任意的,它只能是1.60×10-19

C的整數(shù)倍。由于4×10-19

C是1.60×10-19

C的2.5倍,所以帶電荷量不能是4×10-19

C。2.電子和質(zhì)子就是元電荷嗎?要點提示

元電荷是電荷量的最小值,不是物質(zhì);電子和質(zhì)子是實實在在的粒子。【知識歸納】1.所有帶電體的電荷量或者等于e,或者是e的整數(shù)倍。2.質(zhì)子和電子所帶電荷量與元電荷相等,但不能說電子和質(zhì)子是元電荷。

元電荷非電荷哦!要點筆記

電荷量是不連續(xù)的,只能是元電荷的整數(shù)倍?！镜淅痉丁坷?(多選)下列關(guān)于元電荷的說法中正確的是(

)A.元電荷實質(zhì)上是指電子和質(zhì)子本身B.一個帶電體的帶電荷量可以為205.5倍的元電荷C.元電荷沒有正負之說D.元電荷e的值最早是由美國物理學家密立根通過實驗測定的答案

CD解析

元電荷是指電子或質(zhì)子所帶電荷量的大小,但元電荷不是帶電粒子,也沒有電性之說,A錯誤,C正確;元電荷是最小的帶電數(shù)值,所有帶電體的帶電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍,B錯誤;元電荷的電荷量e的值最早是由美國物理學家密立根通過實驗測定的,D正確。變式訓(xùn)練3(多選)下列說法中正確的是(

)A.電荷量是可以連續(xù)變化的B.所有帶電體的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍C.物體所帶電荷量可以是任意值D.元電荷的值通常取e=1.60×10-19C答案

BD解析

所有帶電體的電荷量或者等于e,或者是e的整數(shù)倍,這就是說,電荷量是不能連續(xù)變化的物理量。由以上分析可知正確選項為B、D。探究四驗電器與靜電計【情境導(dǎo)引】制作一個驗電器,將帶電體靠近驗電器上端但不與驗電器接觸,驗電器的金屬箔片是否會張開?要點提示

會張開。【知識歸納】1.驗電器的兩種應(yīng)用方式及其原理(1)帶電體接觸驗電器當帶電的物體與驗電器上面的金屬球接觸時,有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗電器上,與金屬球相連的兩個金屬箔片帶上同種電荷,因相互排斥而張開,如圖甲所示。(2)帶電體靠近驗電器當帶電體靠近驗電器上面的金屬球時,帶電體會使驗電器的金屬球感應(yīng)出異種電荷,而金屬箔片上會感應(yīng)出同種電荷(感應(yīng)起電),兩箔片在斥力作用下張開,如圖乙所示。2.比較驗電器與靜電計

比較項驗電器靜電計圖示結(jié)構(gòu)

與玻璃瓶絕緣的金屬棒下端連有金屬箔片,金屬棒的上端可以是金屬球,也可以是其他形狀的金屬

驗電器中的金屬箔片換成指針,并用金屬做外殼比較項驗電器靜電計作用判斷物體是否帶電以及所帶電荷的種類和相對數(shù)量粗略測量兩導(dǎo)體間電勢差的大小原理靜電計是特殊的驗電器,兩者的原理相同,都是根據(jù)電荷間的作用規(guī)律來工作的【典例示范】例4

使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器,驗電器的金屬箔片張開,如圖所示,表示驗電器上感應(yīng)電荷的分布情況,正確的是(

)答案

B解析

把帶電金屬球移近不帶電的驗電器,若金屬球帶正電荷,則將導(dǎo)體上的自由電子吸引上來,這樣驗電器的上部將帶負電荷,箔片帶正電荷;若金屬球帶負電荷,則將導(dǎo)體上的自由電子排斥到最遠端,這樣驗電器的上部將帶正電荷,箔片帶負電荷。要點筆記

驗電器上電荷分布遵守靜電感應(yīng)的規(guī)律:“近異遠同”。變式訓(xùn)練4

如圖所示,用起電機使金屬球A帶上正電荷,并靠近驗電器B,則(

)A.驗電器金屬箔片不張開,因為球A沒有和驗電器上的金屬球接觸B.驗電器金屬箔片張開,因為整個驗電器都感應(yīng)出了正電荷C.驗電器金屬箔片張開,因為整個驗電器都感應(yīng)出了負電荷D.驗電器金屬箔片張開,因為驗電器的下部箔片感應(yīng)出了正電荷答案

D解析

當一個帶正電的金屬球A靠近原來不帶電的驗電器時,驗電器上的金屬小球由于靜電感應(yīng)會帶上負電荷,金屬箔片由于靜電感應(yīng)會帶上正電荷,所以驗電器的金屬箔片張開的原因是箔片感應(yīng)出了正電荷,故選項D正確。拓展探究靜電感應(yīng)中的接地分析【典例示范】例5如圖所示,不帶電導(dǎo)體B在靠近帶正電的導(dǎo)體A后,P端及Q端分別感應(yīng)出負電荷和正電荷,則以下說法正確的是(

)A.若用導(dǎo)線將Q端接地,然后斷開,再取走A,則導(dǎo)體B將帶負電B.若用導(dǎo)線將Q端接地,然后斷開,再取走A,則導(dǎo)體B將帶正電C.若用導(dǎo)線將Q端接地,然后斷開,再取走A,則導(dǎo)體B將不帶電D.若用導(dǎo)線將P端接地,然后斷開,再取走A,則導(dǎo)體B將帶正電答案

A解析

當導(dǎo)體B靠近帶正電的導(dǎo)體A后,由于靜電感應(yīng),靠近A的P端感應(yīng)出負電荷,而遠離A的Q端感應(yīng)出等量的正電荷。此時無論哪一端接地,導(dǎo)體B與大地成為一個新的大導(dǎo)體,這時大地變成了這個新導(dǎo)體的遠端,當斷開導(dǎo)線再取走A后,導(dǎo)體B帶負電,故選