第1章 第1节 电荷 电荷守恒定律-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第三册教用课件(教科版)

第一章　静电场 第1节　电荷　电荷守恒定律 1．知道两种电荷及其相互作用，知道电荷量的概念。　2.知道摩擦起电，知道摩擦起电不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开。　3.知道静电感应现象，知道静电感应不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开。　4.知道电荷守恒定律。　5.知道什么是元电荷。　 返回导航 课前 知识梳理 1 课堂 深度探究 2 内容 索引 随堂 巩固落实 3 课前 知识梳理 PART 01 第一部分 5 一、摩擦起电　两种电荷 1．自然界只存在两种电荷：________电荷和________电荷。__________电荷相互排斥，__________电荷相互吸引。 2．电荷量：__________的多少叫作电荷量，常简称为电荷。在国际单位制中，它的单位是__________，简称库，符号是________。通常正电荷的电荷量用__________表示，负电荷的电荷量用__________表示。 3．元电荷：一个电子所带电荷量的绝对值为1.6×10－19 C，它是电荷的最小单元，称为元电荷，记作e＝__________C。实验发现，任何带电体所带电荷量都是元电荷的__________。 正 负 同种 异种 电荷 库仑 C 正数 负数 1.6×10－19 整数倍 课前 知识梳理 返回导航 二、摩擦起电的解释 1．摩擦起电的微观解释 (1)原子的组成：原子由带正电的___________和带负电的______________组成。一般情况下，原子核所带电荷总量与电子所带电荷总量相等，因此物体通常对外界____________________。 (2)不同种类的两个不带电的物体相互摩擦时，一个物体的原子中有一些外层电子挣脱原子核的束缚并转移到另一个物体上，原来电中性的物体得到电子而带__________，失去电子的物体带__________。 原子核 电子 不显电性 负电 正电 课前 知识梳理 返回导航 2．自由电子和离子 (1)自由电子：如金属中原子的外层电子脱离原子核的束缚而在金属中自由移动的电子。 (2)离子：失去自由电子的原子便成为带正电的离子。 3．导体和绝缘体：容易导电的物体称为导体，很不容易导电的物体称为绝缘体。绝缘体也常称为“电介质”或“介质”。 课前 知识梳理 返回导航 三、电荷守恒定律 1．电荷守恒定律：电荷既不能被__________，也不能被__________，它们只能从一个物体转移到____________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．电荷守恒定律更普遍的表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的____________保持不变。 创造 消灭 另一个 代数和 课前 知识梳理 返回导航 四、静电感应 1．静电感应：当一个带电导体靠近不带电的导体时，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，导体中的自由电荷将会重新分布，使导体靠近带电体的一端带上与带电体电性相反的电荷，远离带电体的一端带上与带电体电性相同的电荷。 课前 知识梳理 返回导航 2．验电器 (1)当带正电的带电体靠近验电器的金属球时，会发生静电感应，金属杆上端带____________，下端的金属箔片带____________，两片带正电的金属箔片由于相互作用而张开。 (2)将带正电的玻璃棒接触验电器的金属球，验电器就带上了__________，再将待检验的带电体靠近验电器的金属球，如果它的金属箔片张开角度变大，则它带的是________________，反之，则带的是_____________。 负电 正电 正电 正电荷 负电荷 课前 知识梳理 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸上转移到玻璃棒上。(　　) (2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程。(　　) (3)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电荷。(　　) (4)某一带电体的电荷量可能等于5×10－19 C。(　　) × √ × × 课前 知识梳理 返回导航 课堂 深度探究 PART 02 第二部分 13 知识点一　电荷　三种起电方式 1．如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在下部的金属箔片是闭合的。 课堂 深度探究 返回导航 (1)把带正电荷的物体C移近导体A，金属箔片有什么变化？　 (2)这时把A和B分开，然后移去C，金属箔片又有什么变化？ (3)再让A和B接触，又会看到什么现象？ 课堂 深度探究 返回导航 2．带正电的物体A与不带电的物体B接触，使物体B带上了什么电荷？在这个过程中电荷是如何转移的？ 提示：1.(1)两侧金属箔片都张开。 (2)金属箔片仍张开，但张角变小。 (3)金属箔片都闭合。 2．正电荷　在这个过程中，有电子从物体B转移到物体A，物体B中电子数量减少，因此带正电。 课堂 深度探究 返回导航 1.三种起电方式 项目 摩擦起电 接触起电 感应起电 现象 两物体带上等量异种电荷 导体带上与带电体同种的电荷 导体两端出现等量异种电荷 原因 不同物质对电子的束缚能力不同。束缚能力强的得电子，带负电；束缚能力弱的失电子，带正电 在电荷间相互作用下，电子从一个物体转移到另一个物体上 电子在电荷间相互作用下发生转移，近端带异种电荷，远端带同种电荷 课堂 深度探究 返回导航 项目 摩擦起电 接触起电 感应起电 实质 电荷在物体之间或物体内部的转移 说明 无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移 课堂 深度探究 返回导航 2.感应起电 (1)当带电体靠近导体时，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，如图甲所示。 (2)导体接地时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端导体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷，如图乙、丙所示。 说明：用手摸一下导体，再移开手指，相当于先把导体接地，然后再与大地断开。 课堂 深度探究 返回导航 角度1　摩擦起电和接触带电 　　　(2024·河南高二联考)《博物志》云：“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声。”有关产生这种现象的原因，下列说法正确的是博物志(　　) A．产生这种现象的原因是接触起电 B．产生这种现象的原因是感应起电 C．产生这种现象的原因是摩擦起电 D．产生这种现象的原因是摩擦导致正电荷从一个物体转移到了另一个物体 √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　产生这种现象的原因是摩擦起电，摩擦起电的实质是带负电的电子由一个物体转移到另一个物体。 课堂 深度探究 返回导航 　　　(2024·江苏盐城统考学业考试)如图所示，科技馆里，小红站到绝缘台上，用手触碰高压静电球，工作人员按下电源开关后，看到小红的头发竖起散开，则头发带(　　)   A．同种电荷，相互吸引 B.异种电荷，相互吸引 C.同种电荷，相互排斥 D．异种电荷，相互排斥 √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　小红用手触碰高压静电球，她的每根头发都带上跟高压静电球相同电性的电，每根头发带同种电荷，会相互排斥，所以头发才会散开，故A、B、D错误，C正确。 课堂 深度探究 返回导航 角度2　感应起电 　　　(2024·福建龙岩一中期中)学习了静电感应后，爱思考的小明想起初中物理老师演示过如图所示实验，用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近悬挂的乒乓球时，乒乓球会被吸引的实验，小明猜想 玻璃棒会吸引乒乓球的原因可能是静电感 应现象，若他的猜想是正确的，你认为图 中乒乓球上感应电荷的分布情况合理的是 (　　) √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　根据同种电荷相斥，异种电荷相吸可得乒乓球的左侧带有负电荷，右端带有正电荷。 课堂 深度探究 返回导航 　　(多选)(2024·黑龙江哈尔滨阶段练)如图所示，在带电体C的右侧有两个相互接触的金属导体A和B，均放在绝缘支座上。若先将A、B分开，再移走C，试分析A、B的带电情况；若先将C移走，再把A、B分开，试分析A、B的带电情况(　　) A．若先将A、B分开，再移走C，则A、B都不带电 B．若先将A、B分开，再移走C，则A带负电，B带正电 C.若先将C移走，再把A、B分开，则A、B都不带电 D．若先将C移走，再把A、B分开，则A带负电，B带正电 √ √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　带电体C会使A、B感应起电，其中A带负电，B带正电，若先将A、B分开，再移走C，A上的电子不会移动到B上，故分开后，A带负电，B带正电，故A错误，B正确； 带电体C会使A、B感应起电，其中A带负电，B带正电，若先将C移走，再把A、B分开，移走带电体C后，A的电子会移动到B上，达到静电平衡，故分开后，A、B均不带电，故C正确，D错误。　 课堂 深度探究 返回导航 知识点二　电荷守恒定律　元电荷 (1)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？ (2)物体所带的电荷量可以是任意的吗？物体所带的电荷量可以是4×10－19 C吗？ (3)电子和质子就是元电荷吗？ 课堂 深度探究 返回导航 提示：(1)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。 (2)物体所带的电荷量不是任意的，它只能是1.60×10－19 C的整数倍，由于4×10－19 C是1.60×10－19 C的2.5倍，所以物体所带的电荷量不能是4× 10－19 C。 (3)元电荷是最小的电荷量，不是实物粒子；电子和质子是实物粒子，不是元电荷。　 课堂 深度探究 返回导航 1．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。 课堂 深度探究 返回导航 3．“中性”与“中和” (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。 课堂 深度探究 返回导航 4．两金属导体接触后电荷量的分配规律 (1)当两个导体材料、形状不同时，其中一个带电，另一个不带电，接触后再分开，两者均带电，但无法确定电荷量的多少。 (2)若使两个完全相同的金属球所带电荷量大小分别为q1、q2，则有 课堂 深度探究 返回导航 5．元电荷 (1)元电荷是最小的电荷量，而不是实物粒子，元电荷无正、负之分。 (2)虽然质子、电子的电荷量等于元电荷，但不能说质子、电子是元电荷。 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度1　元电荷 　　　(2024·河南安阳期中)关于元电荷的理解，下列说法正确的是(　　) A．元电荷就是电子或者质子 B．物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍 C．元电荷的电荷量大小是1 C D．只有电子所带的电荷量等于元电荷 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　元电荷是最小的电荷量，不是电子或者质子，元电荷的电荷量是1.6×10－19 C，故A、C错误； 物体是因为得失电子所以带电，所以物体所带的电荷量只能是元电荷的整数倍，故B正确； 电子、质子、正电子所带的电荷量都等于元电荷，故D错误。 课堂 深度探究 返回导航 √ 角度2　电荷守恒定律的理解 　　　(2024·河南平顶山统考期末)老师在讲台上给同学们做演示摩擦起电实验：将玻璃棒反复在毛皮上摩擦，玻璃棒就带上正电荷，毛皮上就带上负电荷。老师做这个实验过程中，下面说法正确的是(　　) A.摩擦起电过程中会发生电荷转移 B．摩擦起电过程中不会发生电荷转移 C．摩擦起电过程中会创造新的电荷 D．摩擦起电后，玻璃棒所带电荷量大于毛皮所带电荷量 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　玻璃棒反复在毛皮上摩擦，摩擦过程之中玻璃棒会失去电子，而毛皮会得到电子，失去电子后的玻璃棒带正电，而得到电子的毛皮带负电，在这个过程中电子发生了转移，而在自然界中电荷是守恒的，即电荷不可能凭空产生也不可能凭空消失，一个物体失去多少电子那么另一个物体就得到多少电子，失去电子的物体所带正电荷的电荷量一定等于得到电子的物体所带负电荷的电荷量。 课堂 深度探究 返回导航 　　　甲、乙、丙是三个完全相同的带绝缘支架的金属小球，先让电荷量为＋1.6×10－15 C的甲球与乙球接触，再让甲球与不带电的丙球接触，接触后，丙球所带电荷量为－8×10－16 C，则(　　) A．接触前乙球带有－3.2×10－15 C电荷 B．接触前乙球带有－4.8×10－15 C电荷 C．接触前乙球不带电 D．接触前乙球带有1.6×10－15 C电荷 √ 课堂 深度探究 返回导航 课堂 深度探究 返回导航 知识点三　验电器 1．验电器的结构及工作原理 如图所示，验电器主要由导体棒、金属丝、金属箔片、玻璃瓶外壳等构成。其工作原理是当导体棒、金属丝及金属箔片带电时，根据同种电荷相互排斥，两金属箔片会在斥力作用下张开。 课堂 深度探究 返回导航 2．常见的两种使用方法 (1)带电体接触验电器：当带电体与验电器的金属球接触时，金属球带上电荷，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开，带电体所带电荷量越多，两个金属箔片所带电荷量越多，斥力越大，张开的角度也越大。 (2)带电体靠近验电器：当带电体靠近验电器的金属球时，带电体会使验电器的金属球感应出异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷，两箔片在斥力作用下张开。 课堂 深度探究 返回导航 　　　(2024·贵州遵义联考)如图所示，将带正电的绝缘棒甲左端靠近原来不带电的验电器乙的金属球，乙的金箔片张开，则(　　) A.金属球带负电 B．金属球带正电 C．金属球和金箔片均带正电 D．金属球和金箔片均不带电 √ 课堂 深度探究 返回导航 [解析]　用带正电的绝缘棒甲去靠近原来不带电的验电器乙，由于静电感应验电器(导体)两端出现等量正负感应电荷，近端的电荷的电性与甲相反，带负电，所以金属球带负电，远端的金属箔片电荷与甲的电性相同，带正电荷，即金属球带负电，金箔片带正电。 课堂 深度探究 返回导航 随堂 巩固落实 PART 03 第三部分 44 1．(摩擦起电)干燥的天气里，在阳光下用塑料梳子梳理干燥的头发，越梳头发越蓬松，主要原因是(　　) A．头发散失了水分后变得坚硬 B．由于摩擦起电，头发带了同种电荷互相排斥 C．太阳照射和摩擦产生的热使头发膨胀 D．梳子的机械分离作用使各根头发彼此分开 解析：在干燥的天气里，用塑料梳子梳干燥的头发时，头发与梳子摩擦而起电，导致头发带有同种电荷，同种电荷相互排斥，所以越梳越蓬松，故选B。 √ 随堂 巩固落实 返回导航 2．(感应起电)(2024·北京九中期中)如图所示，用起电机使金属球A带正电，将A靠近验电器上的金属小球B，则(　　)       A．验电器的金属箔不会张开，因为球A没有和B接触 B．验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了正电 C．验电器的金属箔张开，因为验电器下部的箔片都带上了正电 D．验电器的金属箔张开，因为整个验电器都带上了负电 √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：把一个带正电的金属球A，靠近验电器的金属小球B，验电器的金属小球由于静电感应，会带上负电荷，金属箔会带上等量正电荷，所以验电器的金箔张开，而整个验电器不带电。 随堂 巩固落实 返回导航 3．(接触带电中的电荷守恒)球形导体A带3q的负电荷，另一完全相同的球形导体B带q的正电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则导体B所带电荷量为(　　) A．－q　　　　　　　 　 B．q C．2q D．4q 解析：球形导体A带3q的负电荷，相同的球形导体B带q的正电荷，将两导体接触一会后，此时两导体带2q的负电荷，之后再分开，两导体各带－q的电荷，即导体B所带电荷量为－q，A正确，B、C、D错误。 √ 随堂 巩固落实 返回导航 4．(元电荷)(2024·广东深圳光明中学期中)某同学在做某物理参考书的练习时，他发现有一个关键数字看不清，拿来问老师，如果你是老师，你认为下列几个数字中可能的是(　　) A．2.4×10－19 C　　　　 B．3.6×10－19 C C．4.8×10－19 C D．6.0×10－19 C √ 随堂 巩固落实 返回导航 随堂 巩固落实 返回导航 5．(三种起电方式)(2024·广东深圳市罗湖外语学校期中)下列三幅图反映了三种起电的方式，下列说法正确的是(　　) 随堂 巩固落实 返回导航 A．甲图是橡胶棒与毛皮摩擦后，把正电荷传给了毛皮，使橡胶棒带上了负电 B.乙图无论小球D带正电还是负电，与A接触时都把电荷传给C、C′，使箔片张开 C．丙图中先把靠近的带电小球C移开，再分开A、B，则A、B带上了等量异种电荷 D．三种起电方式的实质都是电子的转移 √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：橡胶棒与毛皮摩擦后，橡胶棒带负电，是因为电子从毛皮转移到橡胶棒，A错误； 小球D带正电时，电子从A与箔片转移到小球D，使箔片带正电，小球D带负电时，电子从小球D转移到箔片，使箔片带负电，两种情况均使箔片带同种电荷相斥，使箔片张开，B错误； 小球C感应A、B，发生静电感应现象，A、B带上等量异种电荷，移开小球C后，静电感应消失，分开后A、B均不带电，C错误； 三种起电方式的本质都是电子的转移，不带电的物体因失去电子显正电性，得到电子显负电性，电子在转移的过程中，电荷的总量保持不变，D正确。 随堂 巩固落实 返回导航 [解析]　由于甲、乙、丙是三个完全相同的小球，丙球不带电，甲、丙两个小球接触时，电荷量平均分配，可得与丙接触前甲球所带电荷量Q甲′＝ 2Q丙＝－1.6×10－15 C，由于甲球原来带正电荷，则甲、乙两小球带异种电荷，接触时，先中和再平分，可得Q甲′＝，代入数据解得Q乙＝－4.8×10－15 C。 $