1.1 靜電現(xiàn)象與電荷守恒 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點(diǎn)難點(diǎn) 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(huì)應(yīng)用電荷守恒定律解決有關(guān)問題。 重點(diǎn)：三種帶電方式、元電荷、電荷守恒定律。 難點(diǎn)：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(xué)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(fù)電。更多試驗(yàn)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(yàn)電器進(jìn)行檢驗(yàn)。驗(yàn)電器如下圖所示，金屬球通過金屬桿跟可轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬指針相連，當(dāng)帶電的玻璃棒接觸金屬球時(shí)，指針就會(huì)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(yīng)起電。 (5)一個(gè)帶電物體靠近另一個(gè)絕緣導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體的電荷分布發(fā)生明顯的變化，物理學(xué)中把這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。 預(yù)習(xí)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(shí)，常常會(huì)被電擊，這是為什么？ 答案：在天氣干燥的時(shí)候，脫掉外衣時(shí)，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(fù)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(shí)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(fù)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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e＝1.6×10－19C；C是量度電荷的單位——庫侖，簡稱庫。 預(yù)習(xí)交流2 有三個(gè)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?，F(xiàn)要使B球帶的電荷量為，應(yīng)該怎么辦？ 答案：A球與B球接觸，此時(shí)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(q＋q)/2＝q。 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(gè)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?yàn)閹щ婓w有吸引輕小物體的性質(zhì)，所以B可能帶負(fù)電，也可能不帶電。 2. 如圖所示，金屬導(dǎo)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(dǎo)體A帶什么電荷。 答案：當(dāng)帶正電的物體B靠近金屬導(dǎo)體A時(shí)，由于電荷之間的作用力，A左端感應(yīng)出負(fù)電荷，右端感應(yīng)出正電荷。手觸摸A時(shí)，A右端的正電荷因?yàn)槭艿紹球正電荷的排斥力而通過人體轉(zhuǎn)移，A左端的負(fù)電荷因受B球的正電荷吸引而保留，最終A帶負(fù)電。 如圖所示，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時(shí)，驗(yàn)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(fù)電 C．金屬球可能帶正電 D．金屬球一定帶負(fù)電 答案：AB 解析：驗(yàn)電器的金屬箔張開，是因?yàn)樗鼈兌紟в姓姾桑N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(fù)電，則它靠近B球時(shí)，異種電荷相互吸引，使金屬箔上的正電荷逐漸“上移”(實(shí)質(zhì)是金屬導(dǎo)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(shí)否定C。若A不帶電，在靠近B時(shí)，發(fā)生靜電感應(yīng)使A球電荷發(fā)生極性分布，靠近B的一端出現(xiàn)負(fù)的感應(yīng)電荷，而背向B的一端出現(xiàn)正的感應(yīng)電荷。A球上的感應(yīng)電荷與驗(yàn)電器上的正電荷發(fā)生相互作用，從而使張角減小，選項(xiàng)A正確，同時(shí)否定D。 (1)無論摩擦起電還是感應(yīng)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(yīng)起電必須注意操作步驟，即保持帶電體在附近時(shí)，把原來接觸的帶電體分開，才能使兩個(gè)導(dǎo)體帶電。 二、電荷守恒定律 兩個(gè)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(gè)小球中僅有一個(gè)帶電(假設(shè)q1≠0，q2＝0)，則兩球接觸后平分電荷量的總量，即q1′＝q2′＝，電性不變。 (2)若初始狀態(tài)兩個(gè)小球均帶電，則： ①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q1′＝q2′＝，電性不變。 ②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q1′＝q2′＝。 目前普遍認(rèn)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(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成 B．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成 C．質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成 D．質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)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(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成；對中子n：帶電荷量為1×(＋e)＋2×(－e)＝0，故由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成。 故B選項(xiàng)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變的。 (2)元電荷 ①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(fù)電荷的電荷量為負(fù)值。 ②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e＝1.60×10－19 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(huì)帶上正電荷 B．玻璃棒與其他物體摩擦有可能帶上負(fù)電荷 C．橡膠棒與任何物體摩擦都會(huì)帶上負(fù)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(huì)是玻璃棒帶負(fù)電荷，因此選項(xiàng)A錯(cuò)，B正確。同理可得C錯(cuò)，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(shí)數(shù) B．物體所帶的電荷量只能是某些值 C．物體帶正電荷1.6×10－9 C，這是因?yàn)槭チ?.0×1010個(gè)電子 D．物體帶電荷量的最小值為1.6×10－19 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(yàn)電器的有關(guān)說法正確的是(　　)。 A．將帶負(fù)電荷的硬橡膠棒與驗(yàn)電器小球接近時(shí)，金屬箔上質(zhì)子被吸引從而轉(zhuǎn)移到小球上 B．將帶負(fù)電荷的硬橡膠棒與驗(yàn)電器小球接近時(shí)，小球上電子被排斥從而轉(zhuǎn)移到金屬箔 C．將帶負(fù)電荷的硬橡膠棒與原來不帶電的驗(yàn)電器小球接觸，驗(yàn)電器的金屬箔因帶負(fù)電荷而張開 D．將帶負(fù)電荷的硬橡膠棒與原來不帶電的驗(yàn)電器小球接近，驗(yàn)電器的金屬箔因帶負(fù)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(dāng)帶負(fù)電荷的硬橡膠棒靠近驗(yàn)電器小球時(shí)，其中電子受到排斥力作用而向金屬箔轉(zhuǎn)移。此時(shí)金屬小球失去電子帶正電荷，金屬箔得到電子帶負(fù)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(dāng)帶負(fù)電荷的硬橡膠棒接觸驗(yàn)電器小球時(shí)，在接觸前的靠近過程中同樣會(huì)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(fù)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(dòng)。 4．使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的箔片張開。下圖中各圖表示驗(yàn)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(yàn)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(yàn)電器的上部將帶負(fù)電荷，箔片帶正電荷；若金屬球帶負(fù)電荷，則將導(dǎo)體上的自由電子排斥到最遠(yuǎn)端，這樣驗(yàn)電器的上部將帶正電荷，箔片帶負(fù)電荷。選項(xiàng)B正確。 5．有三個(gè)完全相同的金屬球，球A帶大量的正電荷，球B帶少量的負(fù)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(fù)進(jìn)行下去，最終三個(gè)球的帶電情況是(　　)。 A．球A仍帶正電，球B仍帶負(fù)電，球C帶正電 B．三個(gè)小球帶等量同種電荷 C．三個(gè)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(fù)接觸，就相當(dāng)于將三個(gè)球同時(shí)接觸在一起，因此最終會(huì)是三個(gè)球帶等量同種電荷，選項(xiàng)B正確。 5