静电场 电荷及其守恒定律

静电场电荷及其守恒定律

课标解读

1.知道常用的起电方法和各种起电方法的实质.

2.知道电荷守恒定律的内容,并能运用其进行简单观察的分析.

3.知道元电荷的概念及其数值.

4.知道电荷量的概念.

课前自主学习

一､电荷

1.物质的微观结构:原子核由带正电的质子和不带电的中子构成,核外的电子靠质子的吸引力维系在原子核的附近,原子核的正电荷的数量与电子的负电荷的数量相等,所以整个原子对外界较远位置表现为电中性.

2.三种起电方式.

(1)摩擦起电:用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,丝绸则带有等量的负电荷.这是因为玻璃棒上的部分电子转移到了丝绸上;用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,毛皮带等量的正电荷这是因为毛皮上的部分电子转移到橡胶棒上.

金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动,这种电子叫自由电子,失去电子的原子便成了带正电的离子.

(2)感应起电:把电荷移近不带电的导体,可以使靠近带电体的一端带异号电荷,远离的一端带同号电荷这种现象叫做静电感应,利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电.

(3)接触起电:不带电的物体与带电体接触.能使不带电的物体带上电荷,这种带电方式称为接触起电.两完全相同的物体接触,会将电荷量平分.

二､电荷守恒定律.

1.电荷守恒定律:电荷既不会创生也不会消灭,它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,电荷的总量保持不变.

2.电荷守恒定律的另一种表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和保持不变.

3.起电过程的实质:微观带电粒子(如电子)在物体之间或物体内部转移而不是创造出了电荷.

三､电荷量

1.电荷量:电荷的多少,其国际单位是库仑,简称库,用C表示.

2.元电荷:最小的电荷量,即电子或质子所带的电荷量,用e表示,e=1.60×10-19C,最早由美国物理学家密立根测得.

3.比荷:带电体的电荷量与质量的比值叫做带电体的比荷,电子的比荷为=1.76×1011 C/kg.

知识梳理图

课堂互动探究

一､使物体带电的方式

1.两种电荷

自然界中只有两种电荷,即正电荷和负电荷.规定用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为正电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷为负电荷.

2.静电的产生

(1)摩擦起电:当两种不同材料的物体互相摩擦时,一些束缚得不紧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.如毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带负电;丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带正电.

(2)接触起电:一个带电物体去接触另一个导体时,电荷会转移到那个导体上,使物体带电.完全相同的两个带电体接触,净电荷平均分配.

如甲､乙两个完全相同的金属球分别带+10 C 和-6 C 电量,接触后均带+2 C 的电量.

(3)感应起电:当一个带电体靠近导体时,由于电荷之间相互吸引或排斥,导体中的自由电子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,远离的一端带同种电荷,这种现象叫静电感应.利用静电感应使金属导体带电的过程称为感应起电,如下图.

带正电的球C 移近导体A 时,A ､B 的两端分别出现“-”“+”电荷,保持C 球不动,用绝缘工具将A ､B 分开后,再将C 移走,则A 带负电,B 带正电.

如果先将C 移开,再把A ､B 分开,A ､B 不会带电.

3.静电产生的微观解释:

(1)构成物质的原子是由原子中心带正电的原子核和核外电子组成的,一般情况下原子核的正电荷的数量与电子的负电荷的数量一样多,整个原子显中性.

(2)在多种起电方式中,都会使原来中性的物体带电,但无论带正电还是带负电,起电的实质都是电荷发生了转移.

二､电荷守恒定律､元电荷

1.电荷守恒定律

大量事实证明,电荷既不能创生也不会消灭,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,这个规律叫做电荷守恒定律.

注意:(1)在一定条件下,电荷是可以产生和湮灭的,但电荷的代数和不变,如一对正､负电子相遇湮灭,转化为一对光子;一个中子衰变成一个质子和一个电子,这两种情况带电粒子总是成对湮灭和产生,两种电荷的数目相等,正负相反,而光子和中子都是中性,本身不带电,所以电荷的代数和不变,因此电荷守恒定律也可叙述为:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和总是保持不变的.

(2)电荷守恒定律是自然界重要的基本规律之一.

2.元电荷

(1)电荷量:电荷的多少叫电荷量,常用符号Q 或q 表示.

在国际单位制中,电荷量的单位是库仑,简称库,用符号C 表示.

(2)元电荷:电子所带电量是最小的电荷量,人们把这个最小电荷量叫做元电荷,用e 表示,e=1.60217733×10-19 C,所有带电体的电荷量或者等于e,或者是e 的整数倍.

(3)比荷:带电粒子的电荷量与其质量的比值叫做该粒子的比荷,如电子的比荷 m e

= 1.76×1011 C/kg.

三､验电器的工作原理及作用

1.原理:验电器是根据同种电荷相互排斥､异种电荷

相互吸引的规律设计的.运用时,要区别并掌握其起电方式是接触还是感应.且要理解起电的本质:在验电器的金属小球和金属箔间能转移的电荷只能是电子.

2.作用:验电器可以用来判断物体是否带电,又可以演示静电感应的现象.

典例分析

一､对静电现象的理解

例1:下列说法中正确的是( )

A.不带电的物体上,即没有正电荷也没有负电荷

B.物体所带的电荷量可以是任意实数

C.摩擦起电的过程,是通过摩擦创造了等量异种电荷的过程

D.带电现象的本质是电子的转移,呈电中性的物体得电子就一定显负电性,失去电子就一定显正电性

解析:物体不带电,是由于其内部正､负电荷的量值相等,对外不显电性,故A选项错误;自然界中的电荷量不是任意无限可分的,其最小单位为元电荷所带电荷量,即e=1.6×10-19 C,故B选项错误;摩擦起电的过程是电子转移的过程,呈电中性的物体得到电子显示负电性,失去电子的物体显示正电性,此过程中并不会创造电荷,电荷的总量是保持不变的,故C选项错误;D选项正确.

答案:D

名师点拨:本题主要考查物体带电的实质,得到电子的带负电,失去电子的带正电,带电荷量只能是元电荷电荷量的整数倍,各种带电方式并没有创造电荷.

[巩固练习]

1.下列关于带电现象的说法中正确的是( )

A.玻璃棒无论与什么物质摩擦都带正电,橡胶棒无论与什么物质摩擦都带负电

B.相互摩擦的两个物体一定能起电

C.带电现象的本质是电子的转移,物体得到电子,就一定显负电性,失去电子就显正电性

D.物体通常呈现电中性,是因为物体的正､负电荷一样多

解析:玻璃棒与丝绸摩擦后会失去电子因而带正电,但玻璃棒与其他物体摩擦后不一定总是失去电子,因而不能确定其电性,同理也无法确定橡胶棒的电性,故A选项错误;并不是任意两个物体间摩擦时都能起电,故B 选项错误;物体如果原带电,得到电子后可能带正电,也可能带负电,也可能不带电.故C选项错误;不带电的物体内正､负电荷相等,所以显电中性,故D选项正确.

答案:D

二､对感应起电的理解

例2:如图所示,A､B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体,起初它们不带电,在它们的下部贴有金属箔片,C是带正电的小球,下列说法正确的是( )