高中物理 第1章 电荷的相互作用 1.1 静电现象与电荷守恒学案 沪科版选修31

1.1 静电现象与电荷守恒
学习目标知识脉络
1.知道自然界中只存在两种电
荷，电荷间的相互作用.
2.了解使物体带电的方法，能
从物质微观结构的角度认识物
体带电的本质．(难点)
3.理解电荷守恒定律．(重点)
4.知道电荷量和元电荷的概
念，电荷量不能连续变化.
物体起电的原因
[先填空]
1．电荷的种类及相互作用
(1)两种电荷
(2)相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．
2．物体带电的三种方法
(1)接触起电
①定义：一个带电物体接触另一个导体时，电荷会转移到这个导体上，使这个导体也带电，这种带电方式称为接触起电．
②本质：电荷的转移．
(2)摩擦起电
①定义：通过摩擦使物体带电的现象．
②起电过程：两个物体互相摩擦时，一些受原子核束缚力弱的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电．
③本质：摩擦起电时，电荷并没有凭空产生，其本质是发生了电子的转移，所以两个相互摩擦的物体一定是同时带上性质不同的电荷，且电荷量相等．
(3)感应起电
①感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程．
②静电感应：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷的现象．
3．电荷量：物体所带电荷的多少叫做电荷量，简称电荷或电量．在国际单位制中，单位是库仑，用C表示．
[再判断]
1．用丝绸摩擦过的玻璃棒与毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷为同种电荷．(×)
2．静电感应就是不带电的导体接触带电体而使导体带上电荷．(×)
3．摩擦起电和感应起电都不是创造了电荷，是电荷的转移．(√)
[后思考]
如图1­1­1所示的现象为感应起电，为什么发生感应起电的是导体而不是绝缘体？
图1­1­1
【提示】感应起电的实质是在带电体电荷的作用下，物体上的自由电荷的定向移动．而只有导体上的电子(或正、负离子)才能自由移动，而绝缘体上的电子不能自由地移动．所以，导体能发生感应起电，而绝缘体不能．
[合作探讨]
甲乙丙
图1­1­2
如图所示的1­1­2甲、乙、丙分别表示使物体带电的一种方式．探讨1：试说明甲、乙、丙分别代表哪种起电方式？
【提示】甲为摩擦起电、乙为接触起电、丙为感应起电．
探讨2：甲中玻璃棒带什么电荷？其带电的原因是什么？
【提示】玻璃棒带正电．原因是摩擦过程中玻璃棒失去了电子．
[核心点击
]
1．三种起电方式对比
方式摩擦起电感应起电接触起电
产生及
条件
两种不同物体摩擦时导体靠近带电体时导体与带电导体接触时
现象
两物体带上等量异种
电荷
导体两端出现等量异种
电荷，且电性与原带电体
“近异远同”
导体上带上与带电体相
同电性的电荷原因
不同物质的原子核对
核外电子的束缚能力
不同而发生电子得失
导体中的自由电子受带
正(负)电物体吸引(排
斥)而靠近(远离)
电荷之间的相互排斥实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移
图1­1­3
感应起电有严格的操作步骤：如图1­1­3所示，
(1)使带电体C(假设带正电)移近相互接触的两导体A、B.
(2)保持C不动，再用绝缘工具分开A、B.
(3)移走C，则A带负电，B带正电．
若操作步骤颠倒，如(2)、(3)颠倒，导体最后不带电．
1．(多选)用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图1­1­4所示，由此对摩擦起电的说法正确的是( )
【导学号：29682000】
图1­1­4
A．两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子
B．两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷
C．两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等
D．同一物体与不同种类物体摩擦，该物体的带电荷种类可能不同
【解析】两物体摩擦时得失电子取决于原子对电子的束缚力大小，A错；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错，C对；由题中例子不难看出同一物体与不同种类物体摩擦，带电种类可能不同，D正确．【答案】CD
2．如图1­1­5所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则( )
图1­1­5
A．验电器的金属箔片不张开，因为球A没有和B接触
B．验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电
C．验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电
D．验电器的金属箔片张开，因为验电器下部的两金属箔片都带上了正电
【解析】带正电的A球靠近验电器B，据电荷“同性斥、异性吸”的特点知，验电器金属杆下端箔片中的电子会被A球上的正电荷吸引到验电器上端，则金属杆下端的箔片就会因带正电荷而相斥，使箔片张开，故选D.
【答案】 D
3．(多选)如图1­1­6所示，将用毛皮摩擦过的带负电橡胶棒，移近或接触两个不带电的导体球，开始时两导体球互相接触且对地绝缘，下列说法正确的是( )
图1­1­6
A．毛皮与橡胶棒摩擦时，橡胶棒上的正电荷转移到毛皮
B．橡胶棒移近甲球，甲球带正电，乙球带负电，移走橡胶棒，两球都不再带电
C．橡胶棒移近甲球，甲球带正电，乙球带负电，分开两球再移开橡胶棒，甲球带正电，乙球带负电
D．橡胶棒与甲球接触一下移开，再分开两球，甲球带负电，乙球带正电
【解析】橡胶棒与毛皮摩擦时，是毛皮上的电子转移到橡胶棒，而使橡胶棒带负电，A错误；橡胶棒靠近甲球时，发生感应起电，甲球带正电，乙球带负电，移走棒后，两球上的电荷中和，都不带电，若先移开两球再移走棒，两球上的电荷不能中和，甲、乙两球仍带电，故B、C正确；橡胶棒与甲球接触，是接触起电，两球都带上负电荷，分开两球，仍都带负电，D错误．
【答案】BC
感应起电方法
方法(一)：
(1)将导体靠近带电体，导体内的自由电子受到带电体的作用力而定向移动，使导体中的正、负电荷分离；
(2)将导体分离后再移走带电体，则导体上两部分分别带上等量异种电荷．
方法(二)：
(1)将一个导体移近带电体，用手接触一下导体(或用导线将导体短时接地)；
(2)移走带电体，则导体带上异种电荷．
无论接触导体的哪一个位置都会得到相同的结论，因为接地时导体与大地连为一体，地球是远离带电体的一端．
电荷守恒
[先填空]
1．电荷守恒定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个
物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移过程中，电荷的总量不变．2．元电荷：电子和质子带有等量的异种电荷，电荷量e＝1.6×10－19C．实验指出，所有带电体的电荷量都是电荷量e的整数倍．所以，电荷量e称为元电荷．
[再判断]
1．元电荷是表示跟一个质子所带电荷量数值相等的电荷量．(√)
2．摩擦起电和感应起电是通过不同的方式创造了电荷．(×)
3．带负电的绝缘金属小球放在潮湿的空间中，经过一段时间该小球上的负电荷几乎为零，可见小球上的负电荷逐渐消失了．(×)
[后思考]
在摩擦起电过程中，一个物体带上了正电荷，另一个物体带上了负电荷，该过程是否创造了电荷？在一个封闭的系统中，电荷的总量会增多或减少吗？
【提示】摩擦起电的过程并没有创造电荷，一个封闭的系统中，电荷的总量保持不变．
[合作探讨]
如图1­1­7所示，为带有等量异种电荷的相同的金属球A和B.
图1­1­7
探讨1：两金属球接触时，电荷发生了怎样的变化？
【提示】金属球B中的电子移向金属球A，中和了金属球A上的正电荷．
探讨2：两球接触后发生了电荷的中和，是电荷消失了吗？
【提示】不是，电荷中和时，电荷并没有消失，只是正、负电荷数值相等，对外不显电性．
[核心点击]
1．物体带电的实质：物体带电不是创造了电荷，物体不带电也不是消灭了电荷．物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间或物体内部电荷的重新分配．摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律．
2．“中性”与“中和”的理解
(1)中性：物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性．
(2)中和：两个带有等量异种电荷的带电体接触发生电中性的过程．
3．守恒的广泛性：电荷守恒定律同能量守恒定律一样，是自然界中最基本的规律，任何电现象都不违背电荷守恒定律．
4．两个完全相同的导体的电荷分布规律
(1)两个完全相同的导体，一个带电，另一个不带电．当两个导体接触后再分开时，两导体所带的电荷量相等，都等于原来电荷量的一半．
(2)两个完全相同的导体，都带有一定量的电荷，若两带电体的电荷量分别为Q 1、Q 2，则它们接触后再分开都带有Q 1＋Q 22的电荷量，式中电荷量Q 1、Q 2均包含它们的正负号．如图
1­1­8.
图1­1­8
4．保护知识产权，抵制盗版是我们每个公民的责任与义务，盗版书籍影响我们的学习效率甚至给我们的学习带来隐患．小华有一次不小心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发现有一个关键数字看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为可能是下列几个数字中的( )
A ．6.2×10
－19 C B ．6.4×10－19 C C ．6.6×10－19 C D ．6.8×10
－19 C 【解析】 电荷量必须是元电荷e ＝1.60×10
－19C 的整数倍，6.4×10－19C 是e 的4倍，
故看不清的关键数字可能是B 项．
【答案】 B 5．两个相同的金属小球A 、B 带有相等的电荷量，且电性相同，相隔一定距离，现让第三个与A 、B 完全相同的不带电的金属小球C 先后与A 、B 球接触后移开，求接触后A 、B 两球的电荷量之比是( )
【导学号：29682001】
A ．1∶3
B ．3∶1
C ．2∶3
D ．3∶2 【解析】 设A 、B 球的电荷量都为q ，则A 、C 接触后A 球的电荷量为q 2
，C 球的电荷量为q 2，C 球与B 球接触后，电荷量重新分配，则B 上的电荷量为q ＋q 22＝34q ，所以接触后A 、B 两球的电荷量之比为q 2：⎝ ⎛⎭
⎪⎫34q ，即2∶3，C 正确． 【答案】 C
6．(多选)M 、N 是两个原来都不带电的物体，它们相互摩擦后M 带正电荷1.60×10
－10 C ，
且它们与外界无电荷的转移，则下列判断中正确的是( )
A ．在摩擦前M 和N 的内部均无任何电荷
B ．摩擦过程中电子从M 转移到N
C ．N 在摩擦后一定带负电荷1.60×10
－10 C D ．M 在摩擦的过程中共失去1.60×10－10
个电子 【解析】 摩擦起电的实质是电子的转移，物体M 中的电子转移到物体N 上，N 在摩擦后一定带负电荷1.60×10
－10 C ，故选项A 错误，B 、C 正确；物体M 失去电子的数目n ＝Q e ＝1.0×109个，故选项D 错误．
【答案】 BC
电荷的分配规律
(1)两个大小完全相同的带同种电荷的金属球接触时，电荷平均分配．
(2)两个大小完全相同的带异种电荷的金属球接触时，电荷先中和，剩余电荷再平分．
(3)两个大小、形状完全相同的非球形带电金属导体接触时，也符合上述规律．。