2024-2025學(xué)年新教材高中物理第九章靜電場(chǎng)及其應(yīng)用第1節(jié)電荷學(xué)案新人教版必修3

PAGE7-電荷【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道自然界的電荷只有兩種，且電荷間存在著相互作用。2．了解摩擦起電和感應(yīng)起電兩種使物體帶電的方式，學(xué)會(huì)從物質(zhì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)的角度相識(shí)物體帶電的緣由。3．理解電荷守恒定律，會(huì)說(shuō)明生活中的靜電現(xiàn)象。4．知道電荷量、元電荷、比荷的概念，知道電荷量是不能連續(xù)改變的物理量?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知學(xué)問(wèn)點(diǎn)1電荷1．兩種電荷自然界中只存在兩種電荷，即__正__電荷和__負(fù)__電荷。2．電荷量：電荷的__多少__，用Q表示，有時(shí)也可用q來(lái)表示。在國(guó)際單位制中，單位是__庫(kù)侖__，簡(jiǎn)稱(chēng)__庫(kù)__，符號(hào)是C。3．原子的組成①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。②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__，整個(gè)原子對(duì)外界表現(xiàn)為_(kāi)_中性__。4．摩擦起電的緣由：當(dāng)兩種物質(zhì)組成的物體相互摩擦?xí)r，一些受束縛較弱的__電子__會(huì)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，原來(lái)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__。5．自由電子：金屬中原子的外層電子脫離__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。6．離子：失去自由電子的__原子__便成為帶正電的離子。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2靜電感應(yīng)1．靜電感應(yīng)：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)象叫作靜電感應(yīng)。2．感應(yīng)起電：利用__靜電感應(yīng)__使金屬導(dǎo)體帶電的過(guò)程。學(xué)問(wèn)點(diǎn)3電荷守恒定律表述一：電荷既不會(huì)__創(chuàng)生__，也不會(huì)__殲滅__，它只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到__另一部分__，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到__另一個(gè)物體__。在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，電荷的總量__保持不變__。表述二：一個(gè)與外界沒(méi)有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和__保持不變__。學(xué)問(wèn)點(diǎn)4元電荷1．定義：最小的__電荷量__，用e表示。2．帶電體的電荷量特征：全部帶電體的電荷量都是e的__整數(shù)__倍，是__不能__連續(xù)改變的物理量。3．元電荷e的數(shù)值：最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根測(cè)得的，e＝1.602176634×10－19C，計(jì)算中可取e＝__1.60×10－19__4．電子的比荷電子的電荷量與電子的__質(zhì)量__之比。eq\f(e,me)＝__1.76×1011__C/kg。預(yù)習(xí)自測(cè)『判一判』(1)兩個(gè)正電荷之間的作用力為斥力，兩個(gè)負(fù)電荷之間的作用力為引力。(×)(2)摩擦起電是創(chuàng)建電荷的過(guò)程。(×)(3)玻璃棒和其他物體摩擦后不肯定帶正電。(√)(4)當(dāng)一個(gè)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，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。(√)(5)電荷守恒定律和能量守恒定律一樣，也是自然界中最基本的守恒定律。(√)(6)元電荷就是最小的電荷。(×)『選一選』(2024·北京人大附中朝陽(yáng)學(xué)校高一下學(xué)期段考)在氣候干燥的秋冬季節(jié)，人們經(jīng)常會(huì)遇到這些現(xiàn)象：晚上脫衣時(shí)，常會(huì)聽(tīng)到噼啪的聲響；早上起來(lái)梳頭時(shí)，頭發(fā)常會(huì)“飄”起來(lái)。這就是發(fā)生在我們?nèi)粘Ｉ钪械撵o電現(xiàn)象。有一次，小明的手指靠近金屬門(mén)把手時(shí)，突然有一種被電擊的感覺(jué)。這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)摩擦使身體帶電，當(dāng)手指靠近門(mén)把手時(shí)，二者之間形成的放電現(xiàn)象。若放電前，小明的手指帶負(fù)電。有關(guān)金屬門(mén)把手的兩端被感應(yīng)帶電的狀況，下列圖中標(biāo)示正確的是(A)解析：人的手指帶負(fù)電，則由于靜電感應(yīng)，門(mén)把手中離手指較近的一端感應(yīng)出正電，離手指較遠(yuǎn)的一端感應(yīng)出負(fù)電，則圖A正確?！合胍幌搿辉诟稍锏奶鞖饫?，用梳子梳頭發(fā)的時(shí)候，頭發(fā)會(huì)不聽(tīng)指揮，順著梳子飛起來(lái)(如圖)，這時(shí)假如將梳子浸入水中片刻再梳，頭發(fā)就服帖了。試說(shuō)明這一現(xiàn)象。解析：梳頭發(fā)時(shí)由于摩擦起電，梳子和頭發(fā)上產(chǎn)生異種電荷，又由于異種電荷相互吸引，使得頭發(fā)順著梳子飛了起來(lái)。梳子浸入水中后再梳，潮濕的梳子能將頭發(fā)上的靜電導(dǎo)走，也就不再出現(xiàn)上面的現(xiàn)象。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難探究志向化模型與質(zhì)點(diǎn)┃┃情境導(dǎo)入__■如圖所示，在干燥的環(huán)境中，用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒，漸漸靠近細(xì)碎的錫箔屑，會(huì)視察到什么現(xiàn)象？請(qǐng)說(shuō)明所看到的現(xiàn)象。提示：視察到的現(xiàn)象是錫箔屑被吸引到玻璃棒上后又快速向空中散開(kāi)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的緣由是：帶電物體能夠吸引輕小物體，錫箔屑與玻璃棒接觸后帶上與玻璃棒相同性質(zhì)的電荷，同種電荷相互排斥，錫箔屑散開(kāi)。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．物體帶電物體有了吸引輕小物體的性質(zhì)，我們就說(shuō)它帶了電，或有了電荷。2．三種起電方式的比較方式內(nèi)容摩擦起電感應(yīng)起電接觸起電產(chǎn)生及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緣由不同物質(zhì)的原子核對(duì)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)自由電荷在帶電體與導(dǎo)體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移實(shí)質(zhì)均為電荷在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移特殊提示(1)感應(yīng)起電勝利的關(guān)鍵在于先分開(kāi)兩物體(或先斷開(kāi)接地線(xiàn))然后再移去帶電體。(2)摩擦起電中對(duì)原子核外電子束縛實(shí)力差的物體失去電子而帶正電，對(duì)原子核外電子束縛實(shí)力強(qiáng)的物體得到電子而帶負(fù)電。┃┃典例剖析__■典例1如圖所示，均不帶電的橡膠棒與毛皮摩擦后，橡膠棒帶負(fù)電，毛皮帶正電，這是因?yàn)?C)A．空氣中的正電荷轉(zhuǎn)移到了毛皮上B．空氣中的負(fù)電荷轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上C．毛皮上的電子轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上D．橡膠棒上的電子轉(zhuǎn)移到了毛皮上思路引導(dǎo)：解答本題時(shí)，可按以下思路分析：eq\x(\a\al(由于摩擦電,子發(fā)生轉(zhuǎn)移))→eq\x(\a\al(得到電子,帶負(fù)電荷))→eq\x(\a\al(失去電子,帶正電荷))解析：摩擦起電是因?yàn)殡娮佑梢粋€(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，失去電子的物體因缺少電子而帶正電，得到電子的物體帶負(fù)電。毛皮與橡膠棒摩擦，毛皮上的電子轉(zhuǎn)移到了橡膠棒上，毛皮帶正電，橡膠棒帶負(fù)電，故選項(xiàng)C正確。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■1．如圖是伏打起電盤(pán)示意圖，其起電原理是(B)A．摩擦起電 B．感應(yīng)起電C．接觸起電 D．以上三種方式都不是解析：導(dǎo)電平板靠近帶電絕緣板并接地時(shí)，發(fā)生靜電感應(yīng)，使導(dǎo)電平板帶上負(fù)電荷，故選項(xiàng)B正確。探究電荷守恒定律元電荷┃┃情境導(dǎo)入__■某同學(xué)兩手各拿一帶電小球做試驗(yàn)時(shí)不當(dāng)心兩小球接觸了一下，結(jié)果兩小球都沒(méi)電了！電荷到哪里去了呢？是否違反了電荷守恒定律？提示：電荷“中和”了，不違反電荷守恒定律。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．物體帶電的實(shí)質(zhì)使物體帶電不是創(chuàng)建了電荷，使物體不帶電也不是殲滅了電荷。物體帶電的實(shí)質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是物體間電荷的重新安排。2．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)象都不違反電荷守恒定律。物體的起電過(guò)程，其本質(zhì)都是電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移，也就是說(shuō)物體所帶電荷的重新安排。不論哪一種起電過(guò)程都沒(méi)有創(chuàng)建電荷，也沒(méi)有殲滅電荷。3．“中性”與“中和”的理解(1)中性：物體內(nèi)有電荷存在，但正、負(fù)電荷的肯定值相等，對(duì)外不顯電性。(2)中和：兩個(gè)帶有等量異種電荷的帶電體相遇達(dá)到電中性的過(guò)程。4．元電荷(1)元電荷是最小的電荷量，而不是實(shí)物粒子，元電荷無(wú)正、負(fù)之分。(2)雖然質(zhì)子、電子的電荷量等于元電荷，但不能說(shuō)質(zhì)子、電子是元電荷。┃┃典例剖析__■典例2有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B，分別帶有電荷量Q1＝6.4×10－9C，Q2＝－3.2×10－9C，讓兩絕緣金屬小球接觸。在接觸后，A、B思路引導(dǎo)：(1)金屬球中發(fā)生定向轉(zhuǎn)移的是自由電子，兩球接觸時(shí)，自由電子由B向A轉(zhuǎn)移。(2)由于兩金屬完全相同，兩球接觸后帶電量相等、電性相同，電荷再安排時(shí)符合電荷均分原理。解析：當(dāng)兩小球接觸時(shí)，帶電荷量少的負(fù)電荷先被中和，剩余的正電荷再重新安排。由于兩小球相同，剩余正電荷必均分，即接觸后兩小球帶電荷量相等，QA′＝QB′＝eq\f(Q1＋Q2,2)＝eq\f(6.4×10－9－3.2×10－9,2)C＝1.6×10－9C。在接觸過(guò)程中，電子由B球轉(zhuǎn)移到A球，不僅將自身電荷中和，且接著轉(zhuǎn)移，使B球帶QB′的正電荷，這樣，共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為ΔQ＝－Q2＋QB′＝(3.2×10－9＋1.6×10－9)C＝4.8×10－9C，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n＝eq\f(ΔQ,e)＝eq\f(4.8×10－9,1.6×10－19)個(gè)＝3.0×1010個(gè)。答案：均為1.6×10－9C；電子由B球轉(zhuǎn)移到A球，轉(zhuǎn)移了3.0×1010個(gè)┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■2．(多選)小明同學(xué)用自制的驗(yàn)電器進(jìn)行了一些探究試驗(yàn)。如圖所示，小明使驗(yàn)電器帶了負(fù)電荷，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，他發(fā)覺(jué)該驗(yàn)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(wèn)題，他跟學(xué)習(xí)小組探討后形成了下列觀(guān)點(diǎn)，你認(rèn)為哪些是正確的(CD)A．小球上原有的負(fù)電荷漸漸消逝了B．在此現(xiàn)象中，電荷不守恒C．小球上負(fù)電荷削減的主要緣由是潮濕的空氣將電子導(dǎo)走了D．該現(xiàn)象是由于電子的轉(zhuǎn)移引起的，仍舊遵循電荷守恒定律解析：帶負(fù)電的驗(yàn)電器在潮濕的空氣中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，小球上的負(fù)電荷(電子)被潮濕的空氣導(dǎo)走了，但電荷在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中仍舊守恒，故C、D正確。核心素養(yǎng)提升以題說(shuō)法·啟智培優(yōu)驗(yàn)電器的兩種應(yīng)用方式及原理1．帶電體接觸驗(yàn)電器：當(dāng)帶電的物體與驗(yàn)電器上面的金屬球接觸時(shí)，有一部分電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器上，與金屬球相連的兩個(gè)金屬箔片帶上同種電荷，因相互排斥而張開(kāi)。如圖甲。2．帶電體靠近驗(yàn)電器：當(dāng)帶電體靠近驗(yàn)電器的金屬球時(shí)，帶電體會(huì)使驗(yàn)電器的金屬球感應(yīng)出異種電荷，而金屬箔片上會(huì)感應(yīng)出同種電荷(感應(yīng)起電)，兩箔片在斥力作用下張開(kāi)，如圖乙。案例(多選)如圖所示，有一帶正電的驗(yàn)電器，當(dāng)一個(gè)金屬球A靠近驗(yàn)電器上的金屬小球B時(shí)，驗(yàn)電器中金屬箔片的張角減小，則(AC)A．金屬球A可能不帶電B．金屬球A肯定帶正電C．金屬球A可能帶負(fù)電D．金屬球A肯定帶負(fù)電解析：驗(yàn)電器的金屬箔片之所以張開(kāi)，是因?yàn)樗鼈兌紟в姓姾?，而同種電