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2019-2020年高中物理 1.1《電荷及其守恒定律》學案 新人教版選修3-1 ［要點導學］ 1．自然界中只存在兩種電荷：同種電荷互相 ，異種電荷互相 。 2．電子和質子帶有等量的異種電荷，電荷量e＝ C。實驗指出，所有帶電體的電荷量都是電荷量e的 。所以，電荷量e稱為 。電荷量e的數(shù)值最早是由美國物理學家 測得的。 3．使不帶電的物體通過某種方式轉化為帶電狀態(tài)的過程叫 。常見的起電方式有 、 和 等。例如：一個帶電的金屬球跟另一個與它完全相同的不帶電的金屬球接觸后，兩者必定帶上等量同種電荷；用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶 電荷，用絲綢摩擦過的玻璃棒帶 電；不帶電的導體在靠近帶電體時，導體中的自由電荷受到帶電體的作用而重新分布，使導體的兩端出現(xiàn) 電荷。 4．電荷守恒定律：電荷既不能 ，也不會 ，只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移的過程中，電荷量的總量保持不變。電荷守恒定律是自然界重要的基本定律之一。在發(fā)生正負電荷湮沒的過程中，電荷的代數(shù)和仍然不變，所以電荷守恒定律也常常表述為：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。 5．原子核的正電荷數(shù)量與核外電子的負電荷的數(shù)量一樣多，所以整個原子對 表現(xiàn)為電中性。 6．不同物質的微觀結構不同，核外電子的多少和運動情況也不同。在金屬中離原子核最遠的電子往往會脫離原子核的束縛而在金屬中自由活動，這種電子叫做自由電子。失去這種電子的原子便成為帶正電的離子，離子都在自己的平衡位置上振動而不移動，只有自由電子穿梭其中。所以金屬導電時只有 在移動。 ［范例精析］ 例1 圖1-1-1所示，A、B、C是三個安裝在絕緣支架上的金屬體，其中C球帶正電，A、B兩個完全相同的枕形導體不帶電。試問：（1）如何使A、B都帶等量正電？（2）如何使A、B都帶等量負電？（3）如何使A帶負電B帶等量的正電？ 解析 利用靜電感應的原理可以輕松解決本題。（1）把AB緊密靠攏，讓C靠近B，則在B端感應出負電荷，A端感應出等量正電荷，把A與B分開后再用手摸一下B，則B所帶的負電荷就被中和，再把A與B接觸一下，A和B就帶等量正電荷。（2）把AB緊密靠攏，讓C靠近B，則在B端感應出負電荷，A端感應出等量正電荷，再用手摸一下A或B，則A所帶的正電荷就被中和，而B端的負電荷不變，移去C以后再把A與B分開，則A和B就帶等量負電荷。（3）把AB緊密靠攏，讓C靠近A，則在A端感應出負電荷，B端感應出等量正電荷，馬上把A與B分開后，則A帶負電B帶等量的正電。 拓展 把AB緊密靠攏，讓C接觸A或B，然后移去C。再把A與B分開，則A、B都帶等量正電。其它的方法讀者可以進一步思考。 例2　絕緣細線上端固定，下端掛一輕質小球a，a的表面鍍有鋁膜。在a的近旁有一絕緣金屬球b，開始時，a、b都不帶電，如圖1-1-2所示，現(xiàn)使b帶正電，則( ) A.b將吸引a，吸住后不放開 B.b先吸引a，接觸后又把a排斥開 C.a、b之間不發(fā)生相互作用 D.b立即把a排斥開 解析 b帶電后，由于靜電感應，a的近b端和遠b端分別出現(xiàn)等量的負電荷和正電荷，b對a的吸引作用大于排斥作用。a、b接觸后帶同種電荷，又相互排斥。故選項B正確。 拓展本題中如果a的表面不是鍍有鋁膜，則a的近b端和遠b端不會分別出現(xiàn)等量的負電荷和正電荷，但是由于帶電體具有吸引輕小物體的性質，所以正確的選項仍然是B。 例3　請你歸納一下，我們學習了哪些起電的方法？這些起電方法的共同特點是什么？ 解析 我們學習了摩擦起電、感應起電和接觸起電三種起電方法。這些起電方法的共同特點是（1）起電過程中都是負電荷在轉移；（2）起電過程中電荷量是守恒的。 拓展 為什么起電過程中都是負電荷在轉移呢？因為正電荷被束縛在原子核內，不能隨便移動。 例4 兩個完全相同的金屬球，一個帶+610-8C的電量，另一個帶－210-8C的電量。把兩球接觸后再分開，兩球分別帶電多少？ 解析 兩個完全相同的金屬球接觸后再分開，要平均分配電量，故兩球均帶 q=(q1+q2)/2=[(+610-8)+(－210-8)]/2C=210-8C，帶正電。 拓展 兩個完全相同的金屬球接觸后再分開，再平均分配電量時，異種電荷先中和，再將剩余電荷除以2即為每個金屬球所帶的電量。 ［能力訓練］ 1.關于元電荷的理解，下列說法正確的是( BD ) A．元電荷就是電子 B．元電荷是表示跟一個電子所帶電荷量數(shù)值相等的電荷量 C．元電荷就是質子 D．物體所帶電量只能是元電荷的整數(shù)倍 2.關于摩擦起電和感應起電的實質，下列說法中正確的是(BC ) A.摩擦起電現(xiàn)象說明機械能可以轉化為電能，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移到另一個物體 C.感應起電說明電荷可以從物體的一部分轉移到另一個部分 D.感應起電說明電荷可以從帶電的物體轉移到原來不帶電的物體 3.如圖1-1-3所示，原來不帶電的絕緣金屬導體MN，在其兩端下面都懸掛著金屬驗電箔．若使帶負電的絕緣金屬球A靠近導體的M端，可能看到的現(xiàn)象是（C ） A．只有M端驗電箔張開，且M端帶正電 B．只有N端驗電箔張開，且N端帶負電 C．兩端的驗電箔都張開，且左端帶負電，右端帶正電 D．兩端的驗電箔都張開，且左端帶正電，右端帶負電 ４．M和N是原來都不帶電的物體，它們互相摩擦后M帶正電荷1.610-10C，下列判斷中正確的是（ C ） A．在摩擦前M和N的內部沒有任何電荷 B．摩擦的過程中電子從N轉移到了M C．N在摩擦后一定帶負電荷1.610-10C D．M在摩擦過程中失去了1.610-10個電子 B ５．如圖1-1-4，有一帶正電的驗電器，當一金屬球A靠近驗電器的小球B(不接觸)時，驗電器的金箔張角減小，則（ AB ） A．金屬球A可能不帶電 B．金屬球A可能帶負電 C．金屬球A可能帶正電 D．金屬球A一定帶正電 6. 如圖1-1-5，小球質量分別為m1、m2，帶同種電荷，電量分別為q1、q2，將它們用等長的絕緣細線懸于同一點O，此 時兩細線與豎直方向的夾角相等，則必有（ A ） A.m1=m2　　　　　　B.q1=q2 C.m1=m2 q1=q2 　　　D.不能確定 7.如圖1-1-6所示，當將帶正電荷的球C移近不帶電的枕形金屬導體時，枕形導體上電荷的移動情況是( B ) A.枕形金屬導體上的正電荷向B端移動，負電荷不移動 B.枕形金屬導體中的負電荷向A端移動，正電荷不移動 C.枕形金屬導體中的正、負電荷同時分別向B端和A端移動 D.枕形金屬導體中的正、負電荷同時分別向A端和B端移動 8．當一個驗電器帶電時，為什么兩片金箔會張開一個角度？為什么金箔不能張開更大的角？ 當驗電器帶電時，兩片金箔上帶同種電荷，同種電荷相排斥，所以兩金箔會張開一定的角度。金箔的張角越大，則重力對金箔的力矩也越大，當重力的力矩與排斥力的力矩相平衡時，金箔就能夠保持靜止狀態(tài)，其張角就不會再增大。 9．多少個電子的電荷量等于-32.0 μC？（電子電荷量e=1.610-19C） 2.01014個 10．當帶電塑料尺子吸引一小紙片，當尺子接觸到紙片時，有時紙片會很快地飛開，這是為什么？ 當帶電塑料尺子吸引一小紙片，如果尺子接觸到紙片，則紙片也帶了與尺上電荷性質相同的電荷，同種電荷相排斥，所以紙片會很快地飛開。 11.干燥的天氣一個人拖了鞋在地毯上走，聚集了- 48 μC的凈電荷。此人身上有多少個凈剩余電子？他的質量增加了多少？（電子質量m=9.110-31kg） 　　3.01014個；2.7310-16kg 12.兩個完全相同的金屬球，一個帶的電量，另一個帶的電量。把兩球接觸后再分開，兩球分別帶電多少？ 　　q1=q2=-3q 13．導體上的凈電荷和導體中的“自由電荷”有何區(qū)別？ 　　導體上的凈電荷是指導體中正負電荷的代數(shù)和不為零時，正負電荷抵消后的電荷，導體的凈電荷只能分布在導體的外表面；導體中的“自由電荷”是指導體中可以自由移動的電荷，在導體的表面和內部都可以分布“自由電荷”。 14．為什么和衣服摩擦過的塑料尺子會將小紙頭吸起？但在潮濕的天卻不能成功？ 　　和衣服摩擦過的塑料尺子因帶電會吸引小紙片，但在潮濕的天氣卻不能成功，因為凈電荷能夠通過潮濕的空氣逃脫。