2020-2021学年各年级下学期物理开学学案选修3-1 1.1 电荷及其守恒定律

〔情景切入〕电闪雷鸣，是一种常出现在暴风雨中的自然现象，它是那样的神秘，来去匆匆，稍纵即逝。

它给人们带来甘霖，同时也给人们带来恐惧。

几千年以来，人们一直想探究其中的奥秘，更想将它驾驭于手中。

美国科学家富兰克林就曾冒着生命危险，尝试用风筝去捕捉雷电。

雷电是怎样形成的？物体带电是怎么回事？电荷有哪些特性？电荷间的相互作用遵从什么规律？人类应该怎样利用这些规律？……这些问题正是本章要探究并做出解答的知识。

〔知识导航〕本章是高中阶段电学内容的开始，在整个高中物理知识体系中具有承上(力学)启下(电磁学)的重要位置。

本章知识在结构上可以分为三个单元：1～3节为第一单元，主要学习电学中两个最基本的定律——电荷守恒定律和库仑定律，学习描述电场力的性质的物理量——电场强度；4～6节为第二单元，学习描述电场能的性质的物理量——电势、电势差，电势差与电场强度的关系；7～8节为第三单元，主要学习电场知识的应用——电容器、电容，带电粒子在电场中的加速和偏转，还简单介绍了静电现象在生产和生活中的应用。

〔学法指导〕1．要重视对基本概念、基本规律的理解。

基本概念多且抽象是这一章的突出特点。

在学习中要重视对物理现象的深入观察和对物理规律的亲身体验，例如课本的“说一说”“做一做”“静电感应”“电容器的电容”等，经过深入观察和亲身体验后，物理知识不仅容易领悟而且印象深刻。

2．要重视科学研究方法的学习。

本章中涉及许多重要的研究方法，例如理想化物理模型——点电荷、电场线、等势面等；比值法定义物理量——电场强度、电势及电容器的电容等概念；类比方法的运用——电场与重力场有许多相似之处，电场力做功与电势能的变化关系和重力做功与重力势能的变化关系也有相似之处。

这些方法需要认真地体会和理解，以提高认知的境界。

3．理清本章分析问题的两个角度。

一是电场力的性质——从电荷在电场中受力的角度研究，侧重于利用牛顿运动定律分析处理问题。

二是电场能的性质——从电场力做功使能量变化的角度研究，侧重于利用功能关系、能量守恒分析处理问题。

1电荷及其守恒定律素养目标定位)※知道自然界中只有两种电荷，知道电荷间的相互作用规律※知道元电荷的概念，认识各种起电方法及实质※理解电荷守恒定律的内容,素养思维脉络)知识点1电荷及相互作用1．两种电荷自然界中只存在两种电荷，即__正__电荷和__负__电荷。

(1)正电荷：用丝绸摩擦过的__玻璃棒__所带的电荷叫做正电荷。

(2)负电荷：用毛皮摩擦过的__橡胶棒__所带的电荷叫做负电荷。

2．相互作用 同种电荷相互__排斥__，异种电荷相互__吸引__。

3．物质的微观结构(1)原子组成：原子⎩⎨⎧ 原子核⎩⎪⎨⎪⎧ 质子：带__正电__中子：不带电核外电子：带__负电__ (2)原子电性：原子核的正电荷的数量与核外电子负电荷的数量__相等__，整个原子对外界较远的位置表现为__电中性__。

知识点2 三种起电方式1．接触起电指一个带电的金属导体跟另一个__不带电__的金属导体__接触__后分开，而使不带电的导体带上电荷的方式(如图)。

2．摩擦起电两个物体相互摩擦时，一些束缚不紧的__电子__从一个物体转移到另一个物体上，使得原来呈电中性的物体由于得到__电子__而带负电，失去__电子__的物体带正电。

(如图)3．感应起电(1)自由电子：金属中离原子核__较远__的能脱离原子核的束缚而在金属中__自由活动__的电子。

(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__异种__电荷，远离带电体的一端带__同种__电荷的现象。

(3)感应起电：利用__静电感应__使金属导体带电的过程(如图)。

知识点3 电荷守恒定律表述一：电荷既不会__创生__，也不会__消灭__，它只能从物体的一部分转移到__另一部分__，或者从一个物体转移到__另一个物体__。

在转移的过程中，电荷的总量__保持不变__。

表述二：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和__保持不变__。

知识点4元电荷1．电荷量电荷的多少。

其国际制单位是__库仑__，简称库，用__C__表示。

2．元电荷最小的电荷量，即__电子__所带的电荷量，用e表示。

e＝__1.6×10－19__C，最早由美国物理学家__密立根__测得。

3．电子的比荷电子的电荷量与电子的__质量__之比。

em e＝__1.76×1011__C/kg。

思考辨析『判一判』(1)两个正电荷之间的作用力为斥力，两个负电荷之间的作用力为引力。

(×)(2)摩擦起电是创造电荷的过程。

(×)(3)玻璃棒和其他物体摩擦后不一定带正电。

(√)(4)当一个带电体靠近导体时，产生静电感应现象，导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷。

(√)(5)电荷守恒定律和能量守恒定律一样，也是自然界中最基本的守恒定律。

(√)(6)元电荷就是最小的电荷。

(×)『选一选』用金属做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。

小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5 cm时圆环被吸引到笔套上，如图所示。

对上述现象的判断与分析，下列说法不正确的是(D)A．摩擦使笔套带电B．笔套靠近圆环时，圆环上、下感应出的电荷是异种的C．圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力D．笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和解析：笔套与头发摩擦后，能够吸引圆环，说明笔套上带了电荷，即摩擦使笔套带电，选项A正确；笔套靠近圆环时，由于静电感应，会使圆环上、下部感应出异种电荷，选项B 正确；圆环被吸引到笔套上是由于圆环所受吸引力大于圆环所受的重力，故选项C正确；笔套碰到圆环后，笔套上的部分电荷转移到圆环上，使圆环带上相同性质的电荷，选项D错误。

『想一想』在干燥的天气里，用梳子梳头发的时候，头发会不听指挥，顺着梳子飞起来(如图)，这时如果将梳子浸入水中片刻再梳，头发就服帖了。

试解释这一现象。

解析：梳头发时由于摩擦起电，梳子和头发上产生异种电荷，又由于异种电荷相互吸引，使得头发顺着梳子飞了起来。

梳子浸入水中后再梳，潮湿的梳子能将头发上的静电导走，也就不再出现上面的现象。

探究一电荷及起电方式S思考讨论i kao tao lun 1如图所示，在干燥的环境中，用丝绸摩擦过的玻璃棒，慢慢靠近细碎的锡箔屑，会观察到什么现象？请解释所看到的现象。

提示：观察到的现象是锡箔屑被吸引到玻璃棒上后又迅速向空中散开。

出现这种现象的原因是：带电物体能够吸引轻小物体，锡箔屑与玻璃棒接触后带上与玻璃棒相同性质的电荷，同种电荷相互排斥，锡箔屑散开。

G 归纳总结ui na zong jie1．物体带电物体有了吸引轻小物体的性质，我们就说它带了电，或有了电荷。

2．三种起电方式的比较方式内容摩擦起电感应起电接触起电产生及条件两不同绝缘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导体两端出现等量异导体上带上与带电体电荷种电荷，且电性与原带电体“近异远同”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)自由电荷在带电体与导体之间发生转移举例摩擦后的毛皮与橡胶棒分别带正电和负电放于电场中的导体两端带有等量异种电荷验电器的工作原理实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移特别提醒：(1)感应起电成功的关键在于先分开两物体(或先断开接地线)然后再移去带电体。

(2)摩擦起电中对原子核外电子束缚能力差的物体失去电子而带正电，对原子核外电子束缚能力强的物体得到电子而带负电。

D典例剖析ian li pou xi典例1如图所示，均不带电的橡胶棒与毛皮摩擦后，橡胶棒带负电，毛皮带正电，这是因为(C)A．空气中的正电荷转移到了毛皮上B．空气中的负电荷转移到了橡胶棒上C．毛皮上的电子转移到了橡胶棒上D．橡胶棒上的电子转移到了毛皮上解题指导：解答本题时，可按以下思路分析：由于摩擦电子发生转移→得到电子带负电荷→失去电子带正电荷解析：摩擦起电是因为电子由一个物体转移到另一个物体上，失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体带负电。

毛皮与橡胶棒摩擦，毛皮上的电子转移到了橡胶棒上，毛皮带正电，橡胶棒带负电，故选项C正确。

〔对点训练1〕(多选)(2019·北京四中高二上学期期中)如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触。

把一带正电荷的物体C置于A附近，贴在A、B下部的金属箔片都张开，则(BC)A．此时A带正电，B带负电B．移去C，贴在A、B下部的金属箔片将闭合C．先把A和B分开，然后再移去C，贴在A、B下部的金属箔片仍然张开D．先把A和B分开，然后再移去C，贴在A、B下部的金属箔片将闭合解析：C靠近A，由于静电感应A带负电B带正电，故选项A错误；移去C，A、B上的感应电荷立即中和，贴在A、B下部的金属箔片将闭合，选项B正确；先把A、B分开再移走C，因为A、B上的感应电荷受到C的作用力不能中和，金属箔片仍然张开，故选项C 正确，D错误。

探究二电荷守恒定律S思考讨论i kao tao lun 2某同学两手各拿一带电小球做实验时不小心两小球接触了一下，结果两小球都没电了！电荷到哪里去了呢？是否违背了电荷守恒定律？提示：电荷“中和”了，不违背电荷守恒定律。

G 归纳总结ui na zong jie1．物体带电的实质使物体带电不是创造了电荷，使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，也就是物体间电荷的重新分配。

2．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。

物体的起电过程，其本质都是电子发生了转移，也就是说物体所带电荷的重新分配。

不论哪一种起电过程都没有创造电荷，也没有消灭电荷。

3．“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相遇达到电中性的过程。

4．接触起电现象中电荷量的分配(1)导体接触带电时电荷量的分配与导体的形状、大小有关。

完全相同的金属球接触时，电荷量平均分配；形状、大小不同的导体接触时电荷量不能平均分配。

无论哪种情况，接触前后电荷总量不变。

(2)完全相同的带电金属球接触时电荷量的分配情况：若两个完全相同的金属小球的带电量分别为Q 1、Q 2，则它们接触后再分开都带有Q 1＋Q 22的电量，式中电量Q 1、Q 2均包含它们的正负号。

D 典例剖析ian li pou xi典例2 有两个完全相同的带电绝缘金属小球A 、B ，分别带有电荷量Q 1＝6.4×10－9 C ，Q 2＝－3.2×10－9 C ，让两绝缘金属小球接触。