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高中物理 第一章 静电场 第1节 电荷及其守恒定律讲义+习题(含解析)新人教版选修3-1

来源:用户分享 时间:2025/8/16 14:49:06 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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结果又怎样?若先将C移开,再让A和B接触,又会看到什么?说明了什么?

提示:(1)若将C移走会发现A、B两导体的金属箔立即闭合。(2)若保持C不动,先把

A和B分开,再移走C,可以看到金属箔仍张开。(3)在C移开的前提下再让A和B接触,会

发现A、B上的两金属箔片又均闭合。说明A和B在静电感应中所带的是等量异种电荷。

活动3:若保持C位置不动,并保持A、B始终接触,用手触摸一下A或B,再移开C会发生什么现象?

提示:两箔片都处于张开状态,A、B带同种电荷。原因是触摸A或B时,大地变为远端,和A、B组成一个整体,手移开后再将C移开时,A、B已无法和大地进行电荷转移。

活动4:讨论、交流、展示,得出结论。

(1)静电感应的原因:导体内有大量的自由电子,当带电体靠近导体时,导体中的自由电子会受到吸引或排斥。

(2)静电感应现象:带电体靠近导体,使导体靠近带电体一端带异号电荷,远离带电体一端带同号电荷的现象。利用静电感应使物体带电的过程,叫做感应起电。

例2 如图,把一个不带电的与外界绝缘的导体两端分别接上两个开关,当带正电小球靠近时,由于静电感应,在a、b端分别出现正、负电荷,则以下说法正确的是( )

A.闭合K1,有电子从导体流向大地 B.闭合K2,有电子从导体流向大地 C.闭合K2,有电子从大地流向导体 D.闭合K1,没有电子通过

(1)K1、K2的作用相同吗?

提示:K1、K2的作用完全一样,因为都是把导体与大地相连,让导体成为带正电小球的近端,大地成为远端。

(2)K1或K2与大地相连后,导体带什么电,电荷怎么转移的?

提示:K1或K2与大地相连后,导体带负电,有电子从大地向导体转移。

[规范解答] 当闭合任何一个开关以后,a、b端均为近端,大地才是远端。根据静电感应“近异远同”,导体带负电,大地感应出等量正电荷,因此无论闭合K1还是K2,都有电子从大地流向导体,C正确,A、B、D错误。

[完美答案] C

导体一旦跟大地接触,大地才是远端。此时无论是导体的哪一部分跟大地相连,导体都为近端,同时遵循“近异远同”的原则。

5

[变式训练2] 如图所示,A、B是两个带有绝缘支架的金属球,它们原来均不带电,并彼此接触。现使带负电的橡胶棒C靠近A(C与A不接触),然后先将A、B分开,再将C移走。关于A、B的带电情况,下列判断正确的是( )

A.A带正电,B带负电 C.A、B均不带电 答案 A

B.A带负电,B带正电 D.A、B均带正电

解析 带负电的橡胶棒C靠近A时,A球会感应出正电荷,而B球会感应出负电荷。先把金属球A和B分开,再移走C,金属球A上的正电荷与B上的负电荷将不再变化,所以此时A带正电,B带负电。故A正确。

课堂任务

电荷守恒定律

仔细观察下列图片,认真参与“师生互动”。

活动1:如图甲两个完全相同的金属小球,一个带电+Q,一个不带电,接触一下后再分开,两小球的带电情况如何?

提示:因为是相同的金属小球,它们对电子的束缚能力是一样的,要有多余电子也都会有多余电子,要缺少电子也都会缺少电子,而且数量相同,故两小球接触一下后再分开,会各带+的电荷量。

2

活动2:如图乙两个完全相同的带不等电荷量不同电性的金属小球,接触一下后再分开,两小球的带电情况如何?

提示:从图看C缺少电子,D有多余电子,故D先向C转移电子,当转移电荷量为Q的电子后,此时D仍多余电荷量为2Q的电子,还要被C、D的原子通过原子核吸引,由于束缚能力一样,故最后各分得电荷量为Q的负电荷。

Q 6

活动3:由图甲、乙的情形看,电子在转移的过程中,电荷有没有产生和消失? 提示:尽管图乙中有中和现象,但不是电荷的消失,只是正电荷和负电荷电性抵消。从图甲、乙情形中小球接触电荷发生重新分配来看,电荷既没产生也没消失。

活动4:讨论、交流、展示,得出结论。 (1)电荷守恒定律的理解

①电荷既不会创生,也不会消失,它只能从一个物体转移到另一个物体(摩擦起电、接触带电),或者从物体的一部分转移到另一部分(感应起电),在转移的过程中,电荷的总量保持不变。

②在一定条件下,带电粒子可以产生和湮没。但带电粒子总是成对产生或湮没的,两个粒子带电数量相等且正负相反,所以电荷的代数和保持不变。

(2)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。

(3)三种起电方式的比较

方式 产生 条件 续表 方式 摩擦起电 感应起电 导体两端出现等量异号电现象 两物体带上等量异种电荷 荷,且电性与原带电体“近异远同” 不同物质的原子核对核外微观电子的约束力不同,摩擦移到另一物体上的现象 (4)验电器检验电荷原理 ①同种电荷互相排斥。

②电荷量越大金属箔的张角越大。

③可以接触带电检验也可以静电感应检验,两种方式不太一样。甲图是静电感应检验,乙图是接触带电检验。

解释 时会出现电子从一物体转导体中的自由电子受到带电体对它的排斥(或者吸引),而移向导体的远端(或者近端) 接触起电 导体带上与带电体电性相同的电荷 电荷间的相互作用,使得自由电子在带电体和导体上转移,且重新分布 摩擦起电 两不同绝缘 体摩擦时 感应起电 导体靠近 带电体时 接触起电 导体与带电 体接触时 实质 均为电荷在物体之间或物体内部的转移 7

例3 (多选)原来甲、乙、丙三物体都不带电,今使甲、乙两物体相互摩擦后,乙物体再与丙物体接触,最后得知甲物体带正电1.6×10

A.乙物体一定带有负电荷8×10C.丙物体一定带有正电荷8×10D.丙物体一定带有负电荷8×10

-16

-15

C,丙物体带电8×10

-16

C。则对于最

后乙、丙两物体的带电情况,下列说法中正确的是( )

C C C C

B.乙物体可能带有负电荷2.4×10

-15

-16-16

(1)甲、乙两物体摩擦后带电特点是什么?

提示:甲、乙会带等量异种电荷。 (2)乙、丙物体接触后带电特点是什么? 提示:乙、丙会带同种电荷。

[规范解答] 由于甲、乙、丙原来都不带电,即都没有净电荷。甲、乙摩擦导致甲失去电子1.6×10

-15

C而带正电,乙物体得到电子而带1.6×10

-15

-15

C的负电荷;乙物体与不带

-16

电的丙物体接触,从而使一部分负电荷转移到丙物体上,故可知乙、丙两物体都带负电荷,由电荷守恒定律可知,乙最终所带负电荷为1.6×10C错误,A、D正确。

[完美答案] AD

原来不带电的物体,相互摩擦必然会带上等量异种电荷。相互接触的物体会带同种电荷,如果是相同的物体接触后带的电荷量会相等;不管何种情况,接触后电荷量的代数和与接触前的代数和相等。

[变式训练3] 如图所示,绝缘细线上端固定,下端悬挂一个轻质小球a,a的表面镀有铝膜;在a的近旁有一绝缘金属球b,开始时,a、b都不带电。现使a、b分别带正、负电,则( )

C-8×10

C=8×10

-16

C,故B、

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