高中物理 第1章 電荷的相互作用 1.1 靜電現(xiàn)象與電荷守恒學案 滬科版選修3-1

1.1 靜電現(xiàn)象與電荷守恒學習目標重點難點1.知道兩種電荷及電荷間的相互作用規(guī)律。2能記住使物體帶電的方式及帶電本質(zhì)。3掌握元電荷的含義。4會應用電荷守恒定律解決有關(guān)問題。重點：三種帶電方式、元電荷、電荷守恒定律。難點：帶電方式本質(zhì)的理解，利用電荷守恒定律分析解決相關(guān)問題。1物體起電的原因(1)用絲綢摩擦過的玻璃棒和用毛皮摩擦過的橡膠棒能吸引輕小物體，我們就說它們帶了電或帶了電荷。(2)物理學規(guī)定：用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電。更多試驗結(jié)果表明：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。(3)物體是否帶電，我們可以用驗電器進行檢驗。驗電器如下圖所示，金屬球通過金屬桿跟可轉(zhuǎn)動的金屬指針相連，當帶電的玻璃棒接觸金屬球時，指針就會轉(zhuǎn)過一定角度。(4)使物體帶電的方式有摩擦起電、接觸起電和感應起電。(5)一個帶電物體靠近另一個絕緣導體時，導體的電荷分布發(fā)生明顯的變化，物理學中把這種現(xiàn)象叫做靜電感應。預習交流1在我國北方天氣干燥的季節(jié)，脫掉外衣后再去摸金屬門把手時，常常會被電擊，這是為什么？答案：在天氣干燥的時候，脫掉外衣時，由于摩擦，外衣和身體都帶了電，用手去摸金屬門把手，身體放電，于是產(chǎn)生電擊的感覺。2電荷守恒(1)物體內(nèi)部存在帶負電的電子和帶正電的原子核是物體帶電的內(nèi)在原因，如下圖所示。使物體帶電的過程實際上是物體得失電子的過程，原來不帶電的物體得到電子帶負電，失去電子帶正電。(2)電荷守恒定律：電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。在任何轉(zhuǎn)移的過程中，電荷的總量不變。(3)元電荷：自然界中最小的電荷單元。元電荷值e1.6×1019C；C是量度電荷的單位庫侖，簡稱庫。預習交流2有三個完全一樣的絕緣金屬球，A球帶的電荷量為q，B、C均不帶電。現(xiàn)要使B球帶的電荷量為，應該怎么辦？答案：A球與B球接觸，此時各帶電荷量為q。然后B球與C球接觸，于是各帶電荷量為q。再使A球與B球接觸，各自帶電荷量為(qq)/2q。一、產(chǎn)生靜電的原因1一絕緣球A帶正電，用絕緣絲線懸掛的一個輕小物體B被A吸引，如圖所示。試分析B的帶電情況。答案：A、B相互吸引，有兩種情況：一種情況是A、B帶異種電荷，另一種情況是A帶電而B不帶電，因為帶電體有吸引輕小物體的性質(zhì)，所以B可能帶負電，也可能不帶電。2. 如圖所示，金屬導體A不帶電，與外界絕緣，將另一帶正電且與外界絕緣的物體B靠近A，用手輕輕觸摸一下A，然后，移走B，試分析導體A帶什么電荷。答案：當帶正電的物體B靠近金屬導體A時，由于電荷之間的作用力，A左端感應出負電荷，右端感應出正電荷。手觸摸A時，A右端的正電荷因為受到B球正電荷的排斥力而通過人體轉(zhuǎn)移，A左端的負電荷因受B球的正電荷吸引而保留，最終A帶負電。如圖所示，有一帶正電的驗電器，當一金屬球A靠近驗電器的小球B時，驗電器金屬箔張角減小，則()。A金屬球可能不帶電B金屬球可能帶負電C金屬球可能帶正電D金屬球一定帶負電答案：AB解析：驗電器的金屬箔張開，是因為它們都帶有正電荷，而同種電荷相排斥，張開角度的大小決定于兩金屬箔帶電荷量的多少。若A球帶負電，則它靠近B球時，異種電荷相互吸引，使金屬箔上的正電荷逐漸“上移”(實質(zhì)是金屬導體內(nèi)的自由電子下移與金屬箔上的正電荷中和，使金屬箔帶的正電減少)，從而使兩金屬箔夾角減少，B正確，同時否定C。若A不帶電，在靠近B時，發(fā)生靜電感應使A球電荷發(fā)生極性分布，靠近B的一端出現(xiàn)負的感應電荷，而背向B的一端出現(xiàn)正的感應電荷。A球上的感應電荷與驗電器上的正電荷發(fā)生相互作用，從而使張角減小，選項A正確，同時否定D。(1)無論摩擦起電還是感應起電，本質(zhì)上都是電子在物體之間或物體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。(2)所有帶電體的電荷量或者等于e，或者是e的整數(shù)倍。(3)感應起電必須注意操作步驟，即保持帶電體在附近時，把原來接觸的帶電體分開，才能使兩個導體帶電。二、電荷守恒定律兩個完全相同的金屬球接觸后，電荷量是怎樣分配的？答案：(1)若初始狀態(tài)兩個小球中僅有一個帶電(假設q10，q20)，則兩球接觸后平分電荷量的總量，即q1q2，電性不變。(2)若初始狀態(tài)兩個小球均帶電，則：若兩球帶同種電荷(q1，q2)，則兩球接觸后平分電荷量的總量，即q1q2，電性不變。若兩球帶異種電荷(q1，q2)，則兩球接觸后異種電荷先中和，再平分剩余的凈電荷量，即q1q2。目前普遍認為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成。u夸克帶電荷量為e，d夸克帶電荷量為e，e為元電荷。下列論斷可能正確的是()。A質(zhì)子由1個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成B質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成C質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成D質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和1個d夸克組成答案：B解析：本題主要考查組成原子核的質(zhì)子和中子的性質(zhì)，對質(zhì)子H：帶電荷量為2×(e)(e)e，故由2個u夸克和1個d夸克組成；對中子n：帶電荷量為1×(e)2×(e)0，故由1個u夸克和2個d夸克組成。故B選項正確。(1)電荷守恒定律自然界重要的基本規(guī)律之一表述一：電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，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。表述二：一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變的。(2)元電荷電荷量：電荷的多少叫電荷量。在國際單位制中，它的單位是庫侖，簡稱庫，用C表示。正電荷的電荷量為正值，負電荷的電荷量為負值。元電荷：質(zhì)子和電子所帶的電荷量是最小的電荷量，人們把這一最小的電荷量叫做元電荷，用e表示，則e1.60×1019 C。(3)比荷：物體的電荷量與它的質(zhì)量之比，叫做比荷。1下列說法正確的是()。A玻璃棒與任何物體摩擦都會帶上正電荷B玻璃棒與其他物體摩擦有可能帶上負電荷C橡膠棒與任何物體摩擦都會帶上負電荷D橡膠棒與其他物體摩擦有可能帶上正電荷答案：BD解析：玻璃棒與絲綢摩擦帶了正電荷，說明玻璃棒與絲綢相比，很容易失去電子，所以帶上正電荷；玻璃棒與另一種物體摩擦，若這種物體比玻璃棒更容易失去電子，則結(jié)果會是玻璃棒帶負電荷，因此選項A錯，B正確。同理可得C錯，D正確。2關(guān)于電荷量，以下說法正確的是()。A物體所帶的電荷量可以為任意實數(shù)B物體所帶的電荷量只能是某些值C物體帶正電荷1.6×109 C，這是因為失去了1.0×1010個電子D物體帶電荷量的最小值為1.6×1019 C答案：BCD解析：本題考查元電荷的意義及電荷守恒定律。3下列關(guān)于驗電器的有關(guān)說法正確的是()。A將帶負電荷的硬橡膠棒與驗電器小球接近時，金屬箔上質(zhì)子被吸引從而轉(zhuǎn)移到小球上B將帶負電荷的硬橡膠棒與驗電器小球接近時，小球上電子被排斥從而轉(zhuǎn)移到金屬箔C將帶負電荷的硬橡膠棒與原來不帶電的驗電器小球接觸，驗電器的金屬箔因帶負電荷而張開D將帶負電荷的硬橡膠棒與原來不帶電的驗電器小球接近，驗電器的金屬箔因帶負電荷而張開答案：BCD解析：同種電荷相排斥，異種電荷相吸引。當帶負電荷的硬橡膠棒靠近驗電器小球時，其中電子受到排斥力作用而向金屬箔轉(zhuǎn)移。此時金屬小球失去電子帶正電荷，金屬箔得到電子帶負電荷。由于金屬箔的兩片箔帶同種電荷互相排斥而張開。若金屬箔帶電荷量越多，則排斥力越大，其張角越大。當帶負電荷的硬橡膠棒接觸驗電器小球時，在接觸前的靠近過程中同樣會引起金屬小球中的電子向金屬箔轉(zhuǎn)移，只是接觸后硬橡膠棒上的負電子向金屬小球再發(fā)生轉(zhuǎn)移。在固體的起電現(xiàn)象中，能轉(zhuǎn)移的電荷只有電子，質(zhì)子不能自由移動。4使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器，驗電器的箔片張開。下圖中各圖表示驗電器上感應電荷的分布情況，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。選項B正確。5有三個完全相同的金屬球，球A帶大量的正電荷，球B帶少量的負電荷，球C不帶電，現(xiàn)讓球C先跟球A接觸，再跟球B接觸，再跟球A接觸，再跟球B接觸，一直這樣反復進行下去，最終三個球的帶電情況是()。A球A仍帶正電，球B仍帶負電，球C帶正電B三個小球帶等量同種電荷C三個小球都帶正電荷，但不等量，球A最多，球B最少D不能確定它們是否帶等量電荷答案：B解析：經(jīng)過無數(shù)次的反復接觸，就相當于將三個球同時接觸在一起，因此最終會是三個球帶等量同種電荷，選項B正確。5