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第九章 第1节 电荷 【学习目标】 1．分析摩擦起电和带电体间的相互作用实验现象，知道自然界存在两种电荷。知道电荷量的概念及其国际单位。 2．会用原子结构模型解释摩擦起电的原因，观察并分析静电感应现象，进一步提高应用物理模型解释现象的能力。 3．通过观察摩擦起电、静电感应等现象，激发对自然界的好奇心。 4．通过不同起电方式的分析得出电荷守恒定律，理解电荷守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。 5．知道元电荷概念，体会电荷量是不连续的。 【课前预习】 一、电荷 1．两种电荷：自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷。 2．电荷量：电荷的多少，常用Q或q表示，国际单位制单位是库(仑)，符号是C。
3．物质微观结构 (1)原子的组成:原子由原子核和核外电子组成，原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，核外电子带负电。通常原子内正、负电荷的数量相同，故整个原子对外界表现为电中性。 (2)自由电子和离子:金属中原子的最外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，这种能自由运动的电子叫作自由电子，失去自由电子的原子便成为带正电的离子。 二、三种起电方式 (1)摩擦起电：通过摩擦的方式实现电子的转移，从而使物体带电的方式叫做摩擦起电． (2)感应起电：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，这种现象叫作静电感应。利用这种方式使金属导体带电的过程叫作感应起电。 (3)接触起电：通过接触的方式实现电子的转移，使电荷重新分布，从而使物体带电的方式叫做接触起电 三、电荷守恒定律的两种表述 1．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．更普遍的表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。 四、元电荷 1．定义：实验发现的最小电荷量就是电子所带的电荷量，这个最小的电荷量叫作元电荷，用符号e表示。 2．所有带电体的电荷量都是e的整数倍，电荷量是不能连续变化的物理量。 3．元电荷的大小：e＝1.602 176 634×10－19 C在计算中通常取e＝1.60×10－19 C。 4．电子的比荷：电子的电荷量e与电子的质量me之比。其值＝1.76×1011 C/kg。 ▲判一判 (1)两个正电荷之间的作用力互为斥力，两个负电荷之间的作用力为引力。 (×) (2)摩擦起电的过程就是创造电荷的过程。 (×) (3)电荷守恒定律是自然界中最基本的守恒定律之一。 (√) (4)电子的电荷量e的数值最早是由库仑通过实验测出的。 (×) (5)元电荷就是质子或电子。 (×) (6)所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍。 (√)
【学习过程】 任务一：对物体带电的理解 [例1](多选)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( )
A．把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开 B．把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开 C．先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开 D．先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合 [变式训练1-1]如图所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电的金属球。若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，将导体分为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的有( )
A．沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QB>QA B．只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB＝QA C．沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QA D．沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，且QB＝QA，而QA、QB的值与所切的位置无 [变式训练1-2]如图所示，用起电机使金属球A带正电，靠近验电器B，则( )
A．验电器金箔不张开，因为球A没有和B接触 B．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了正电 C．验电器金箔张开，因为整个验电器都带上了负电 D．验电器金箔张开，因为验电器下部箔片都带上了正电 [变式训练1-3]如图所示，在感应起电现象中，带负电物体靠近带绝缘底座的导体N处时，M处将( )
A．带正电 B．带负电 C．不带电 D．以上答案均有可能 任务二：对电荷守恒定律的理解 [例2]甲、乙两个原来不带电荷的物体相互摩擦(没有第三者参与)，结果发现甲物体带了1.6×10－15 C的电荷量(正电荷)，下列说法正确的是( ) A．乙物体也带了1.6×10－15 C的正电荷 B．甲物体失去了104个电子 C．乙物体失去了104个电子 D．甲、乙两物体共失去了2×104个电子 [变式训练2-1] (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1.6×10－15 C，丙物体带电8×10－16C。则对于最后乙、丙两物体的带电情况，下列说法正确的是( ) A．乙物体一定带有负电荷8×10－16 C B．乙物体可能带有负电荷2.4×10－15 C C．丙物体一定带有正电荷8×10－16 C D．丙物体一定带有负电荷8×10－16 C [变式训练2-2] (多选)M和N是两个都不带电的物体。它们互相摩擦后，M带正电荷2.72×10－9 C，下列判断正确的有( ) A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷 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2.72×10－9 C D．M在摩擦过程中失去1.7×1010个电子
▲反思总结 1．对电荷守恒定律的理解 (1)电荷守恒定律的另一种表达：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。 如接触带电时不带电物体与带电物体接触后，电荷在两物体上重新分配，但总电荷量不变。 摩擦起电实质上是电子在不同物体间的转移。 (2)接触带电时，两个完全相同的导体球相互接触，则电荷量平分。若两导体球带同种电荷，会把总电荷量平分；若带异种电荷，则先中和然后再把剩余电荷量平分。
任务三：对元电荷的理解 [例3]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。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 [变式训练3-1] (多选)关于元电荷，下列说法正确的是( ) A．元电荷实质上是指电子或质子本身 B．所有带电体的电荷量一定等于元电荷的整数倍 C．元电荷的数值通常取作e＝1.6×10－19 C D．元电荷e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的
▲反思总结 1．对元电荷的认识 (1)一个电子、一个质子或一个正电子所带的电荷量都是e，所有带电体的电荷量等于e或者是e的整数倍。 (2)元电荷既不是电子，也不是质子，只是一个电荷量。因为物体的带电荷量通常较小，因此可用元电荷的整数倍方便地表示，如电子的带电荷量为－e，即表示电子的带电荷量为－1.60×10－19 C。
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