人教版高中物理选修3-1第1节电荷及其守恒定律

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第1节 电荷及其守恒定律

1.自然界中有两种电荷,同种电荷相互排斥,异种电荷相

互吸引。

2.使物体带电的方式有三种:摩擦起电、感应起电、接

触起电,这三种起电方式本质都是电子的转移,起电的

过程遵循电荷守恒定律。

3.电子或质子所带的电荷量是最小的电荷量,这个电荷

量叫元电荷,用e表示,e=1.60×10-19 C。

4.两个完全相同的带电小球相互接触后,它们把总电荷平均分配。设两个小球的电荷量分别为q1和q2,则接触后每个小球的电荷量为

,q1、q2包含了电荷的电性。

电荷及三种起电方法

1.物质的电结构

原子由带正电的原子核和带负电的电子组成,电子绕原子核高速旋转。原子核的正电荷的数量跟核外的电子的负电荷数量相等,所以整个原子对外界较远位置表现为电中性。

金属原子中离原子核较远的电子,往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动,这种能自由活动的电子叫做自由电子,失去电子的原子便成了带正电的离子。

2.两种电荷及其相互作用规律

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,用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为负电荷,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。

3.三种起电方法

(1)接触起电:指一个不带电的金属导体跟另一个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。

(2)摩擦起电:由于相互摩擦的物体间的电子的得失而使物体分别带上等量异种电荷。

(3)感应起电:把一带电物体靠近导体使导体带电的方式。如图1-1-1所示,将带电体C去靠近相互接触的导体A、B,由于同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,导体A、B上分别带上等量异种电荷,这时先把A、B分开,然后移去C,则A和B两导体上分别带上了等量异种电荷。

图1-1-1

1.三种起电方式的比较

方式 

内容   

摩擦起电

感应起电

接触起电

产生及条件

两种不同绝缘体摩擦时

不带电导体靠近带电体时

导体与带电体接触时

现象

两物体带上等量异种电荷

导体两端出现等量异种电荷,且电性与原带电体“近异远同”

导体上带上与带电体相同电性的电荷

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

实质

均为电荷在物体之间或物体内部的转移

2.电荷的分配规律

接触起电时,两个一般物体最终的电荷量的分配很复杂,大多靠实验才能确定,但有一种情况能确定电荷量的分配,即两个完全相同的导体球相互接触后的情况:

(1)若带电导体球和不带电导体球接触,则电荷量平分;

(2)若两个带电导体球带同种电荷,则总电荷量平分;

(3)若两个带电导体球带异种电荷,则电荷量先中和再平分。

[特别提醒] 两个完全相同的带电金属球,接触后再分开时各自的带电荷量可用公式QA′=QB′=

计算,QA、QB含有表示电性的正负号。

1.如图1-1-2所示是一个带正电的验电器,当一个金属球A靠近验电器上的金属小球B时,验电器中金属箔片的张角减小,则(  )

A.金属球A可能不带电

B.金属球A一定带正电

C.金属球A可能带负电

D.金属球A一定带负电 图1-1-2

解析:验电器金属箔片的张角减小,说明箔片上的正电荷一定比原来减少了,由于金属球A只是靠近验电器而没有与验电器上的金属球B发生接触,要考虑感应起电的影响。故A、C两项都有可能。

答案:AC

电荷守恒定律及元电荷

1.电荷守恒定律

(1)内容:

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,这个结论叫做电荷守恒定律。

(2)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。

2.元电荷

(1)电荷量:

它表示电荷的多少,其单位是“库仑”,简称“库”,用C表示。

[特别提醒] 电荷有正、负之分,则电荷量就会有正值或负值。如q1=3.5×10-15 C、q2=-7.0×10-15 C等。

(2)元电荷:

①最小的电荷量叫做“元电荷”,用e表示,则e=1.60×10-19 C。

②对元电荷的两点理解:a.电荷量不能连续变化,因为最小的电荷量为1.60×10-19 C,自然界中带电体的电荷量都是元电荷e的整数倍;b.质子及电子所带电荷量的绝对值与元电荷相等,但不能说它们是元电荷。

3.比荷

比荷即电荷量与质量的比,电子的比荷为

=1.76×1011 C/kg。

对电荷守恒定律的理解

(1)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。

(2)两种典型的摩擦起电现象:一是用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带正电;二是用毛皮摩擦橡胶棒,橡胶棒带负电。玻璃棒和橡胶棒上带的电都不是凭空产生的,而是通过摩擦使物体之间发生了电子得失的现象,符合电荷守恒定律,可以推断:与玻璃棒摩擦过的丝绸要带负电,与橡胶棒摩擦过的毛皮要带正电。

(3)带等量异种电荷的两金属球相接触,发生电荷中和,两球都不再带电,这个过程中两球所带电荷的总量并没有变(为零),电荷也是守恒的。

(4)电荷守恒定律的广泛性:任何电现象都不违背电荷守恒定律,涵盖了包括近代物理实验发现的微观粒子在变化中遵守的规律。如:由一个高能光子可以产生一个正电子和一个负电子,一对正、负电子可同时湮没、转化为光子。在这种情况下,带电粒子总是成对产生或湮没,电荷的代数和不变。

[特别提醒]“中性”、“中和”的意义

电中性的物体是有正、负电荷存在的,只是正、负电荷量的代数和为零,对外不显电性;电荷的中和是指等量异种电荷相互抵消而不带电的过程,使得净电荷减少或为零,但正、负电荷本身依然存在,并不是正、负电荷的消失。

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