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第九章 靜電場及其應(yīng)用
必修第三冊 人教版2019
1. 電荷
同學(xué)們，今天開啟必修第三冊第九章第一節(jié)“電荷”的學(xué)習(xí)。
在這里，你將認(rèn)識自然界的兩種電荷，探究物體帶電的奧秘，理解電荷守恒的神奇規(guī)律。從摩擦起電的現(xiàn)象，到微觀電荷的轉(zhuǎn)移，一步步揭開電的面紗。
讓我們一起走進(jìn)奇妙的靜電世界，用科學(xué)思維解鎖電荷的本質(zhì)，在實驗與推理中，構(gòu)建起對電現(xiàn)象的清晰認(rèn)知，開啟電磁學(xué)探索之旅！
導(dǎo)入新課
（1）你知道視頻中小男孩的頭發(fā)為什么分散開嗎？
導(dǎo)入新課
（2）想一想
將一個氣球與頭發(fā)相摩擦后，再靠近頭發(fā)，你會看到什么現(xiàn)象？
頭發(fā)會隨著氣球飄起來。
然后再讓氣體靠近紙屑，你又會看到什么現(xiàn)象？
會看到碎紙屑沾到氣球上。
那為什么會發(fā)生這些現(xiàn)象呢？
學(xué)習(xí)目標(biāo)
物理觀念 1.了解兩種電荷，知道電荷量、元電荷，通過原子模型理解帶電是電荷轉(zhuǎn)移。
2.知道電荷守恒定律，能認(rèn)識電荷量量子化，理解電荷轉(zhuǎn)移總量不變 。
科學(xué)思維 1.會用原子模型分析起電現(xiàn)象，能推理電荷守恒與量子化特征。
2.能質(zhì)疑起電問題，思考本質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維 。
科學(xué)探究 1.會觀察起電實驗，能分析本質(zhì)；能設(shè)計實驗驗電荷規(guī)律、記數(shù)據(jù)。
2.能證守恒定律，會析誤差，提升探究力 。
科學(xué)態(tài)度 與責(zé)任 1.通過電現(xiàn)象激發(fā)好奇，主動探究生活電原理。
2.體會守恒思想普適性，理解物理學(xué)科本質(zhì)。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
重點難點
重點 1.兩種電荷及相互作用、電荷量概念；
2.起電方式（摩擦、感應(yīng)、接觸）及電荷轉(zhuǎn)移本質(zhì)；
3.電荷守恒定律；
4.元電荷（e=1.6×10 19 C）及電荷量量子化。
難點 1.從原子結(jié)構(gòu)理解帶電微觀機(jī)制；
2.電荷守恒定律在接觸起電等場景中的定量應(yīng)用；
3.元電荷與微觀粒子電荷量的關(guān)聯(lián)。
1. 電荷
2. 三種起電方式
3. 電荷守恒定律
4. 元電荷
5. 課堂總結(jié)
6. 練習(xí)與應(yīng)用
7. 提升訓(xùn)練
學(xué)習(xí)內(nèi)容
一、電荷
第1節(jié) 電荷
一、電荷
王充與《論衡》
公元前600年
希臘學(xué)者泰勒斯
摩擦過的琥珀吸引輕小物體的現(xiàn)象。
公元1世紀(jì)我國學(xué)者王充
《論衡》書中寫下“頓牟掇芥”一語。
16世紀(jì)英國科學(xué)家吉爾伯特
根據(jù)琥珀的希臘文創(chuàng)造了英語中“電”（electricity）這個詞，用來表示琥珀經(jīng)過摩擦以后具有的性質(zhì)，認(rèn)為其帶有電荷。
命名了正、負(fù)電荷
美國科學(xué)家富蘭克林
電荷的發(fā)現(xiàn)
一、電荷
1．物體帶電：
物體具有吸引輕小物體的性質(zhì)，我們就說它帶了電，或有了電荷。
2．兩種電荷：
自然界中只存在兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷。
正電荷：絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷
負(fù)電荷：毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷
電荷的分類
一、電荷
電荷的作用
一、電荷
注意 兩個物體帶異種電荷相互吸引，但是相互吸引的物體不一定是帶異種電荷，因為帶電體還具有吸引輕小物體的特性。
提問 相互吸引的物體一定是帶異種電荷嗎？
總結(jié)：
電荷的作用
一、電荷
電荷的多少
物體帶電的多少有大小多少之分嗎
如何表示電荷的大小呢？
有
電荷量
一、電荷
電荷的多少
3、比較電荷帶電的多少：電荷量的絕對值大的帶電多。
說明：盡管電荷量有正負(fù)值（正號一般省略），但這里的“＋”“－”號代表_____________，正負(fù)不代表大小，只表示電性。
1、定義：電荷的多少叫作電荷量，用符號___或___來表示。
2、單位：_____，簡稱___，符號___。
正電荷的電荷量為_____，負(fù)電荷的電荷量為______。
思考：QA=-1.6C，QB=0.8C。A和B哪個帶電體所帶的電量更多？
電荷量
Q
q
庫侖
庫
C
正值
負(fù)值
電荷的種類
一、電荷
物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)
原子
原子核
（正電）
核外電子
（負(fù)電）
質(zhì)子
（正電）
中子
（不帶電）
（中性）
一、電荷
【例題1】“通草球”是五加科植物通脫木的莖髓。秋天取莖，放置干燥處晾干，將其莖髓制成小球。這種小球密度很小，且絕緣，過去常用來做靜電實驗。現(xiàn)在這種東西較少見，一般中藥店里有售。在圖中，兩個通草球甲和乙懸掛在支架上，彼此吸引。關(guān)于該現(xiàn)象判斷正確的是（　　）
A．甲小球一定帶了電 B．乙小球一定帶了電
C．甲、乙小球可能帶有同種電荷 D．兩個小球中有一個可能不帶電
D
【解析】
同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引，同時，帶電物體還可吸引輕小物質(zhì)，故甲乙兩個小球可能帶異種電荷，也可能一個帶電，一個不帶電，D正確。
一、電荷
故選D。
二、三種起電方式
第1節(jié) 電荷
摩擦起電
二、三種起電方式
通過摩擦使物體帶電的現(xiàn)象，叫摩擦起電。
思考：摩擦為什么能使物體帶電？
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★可見：摩擦起電并不是創(chuàng)造了電，而只是將電子由一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。
注意：兩個互相摩擦的物體一定同時帶上異種電荷，且電荷量相等
接觸起電
二、三種起電方式
帶電物體與不帶電的物體相互接觸，使不帶電的物體帶上電荷的方式稱為接觸起電。
+
+
+
+
驗電器
金屬桿
金屬箔
想一想：是產(chǎn)生新的電荷了嗎？接觸起電有什么特點
并沒有產(chǎn)生新的電荷，而是電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到了另一物體，二者所帶電量的總和不變
接觸起電
二、三種起電方式
帶電物體與不帶電的物體相互接觸，使不帶電的物體帶上電荷的方式稱為接觸起電。
思考：兩個完全相同的小球接觸起電的分配原則？
先中和 再均分
感應(yīng)起電
二、三種起電方式
當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同種電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。
利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫做感應(yīng)起電。
感應(yīng)起電
二、三種起電方式
感應(yīng)起電并沒有產(chǎn)生新的電荷，而是在帶電體的作用下，導(dǎo)體上的電荷從導(dǎo)體的一部分轉(zhuǎn)移到了另一部分。
規(guī)律：
近端 ( 靠近帶電體端 ) 感應(yīng)異種電荷，
遠(yuǎn)端 ( 遠(yuǎn)離帶電體端 ) 感應(yīng)同種電荷。
近異遠(yuǎn)同
三種起電方式的比較
起電方式 摩擦起電 接觸起電 靜電感應(yīng)
產(chǎn)生條件
現(xiàn)象
原因
實質(zhì) 一般是兩不同絕緣體摩擦?xí)r
導(dǎo)體與帶電導(dǎo)體接觸時
導(dǎo)體靠近帶電體時
兩物體帶上等量異種電荷
導(dǎo)體上帶上與帶電體相同電性的電荷
導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，且電性與原帶電體“近異遠(yuǎn)同”
原子核對電子束縛力弱的物體失去電子，強(qiáng)的得到電子
自由電子從一物體轉(zhuǎn)移到另一物體
導(dǎo)體中的自由電子從物體的一端轉(zhuǎn)移到另一端
均為電子在物體之間或物體內(nèi)部的轉(zhuǎn)移
二、三種起電方式
驗電器→靜電計
二、三種起電方式
作用：
①檢驗物體是否帶電
②粗略判斷物體帶電的多少
原理：同種電荷互相排斥
結(jié)構(gòu)：金屬球、金屬桿、金屬箔等
把金屬箔換成指針，并用金屬制作外殼，這樣的驗電器又叫作靜電計。靜電計是通過靜電感應(yīng)檢測帶電體帶電的相對數(shù)量的靜電儀器。
【例題2】如圖所示，把一個不帶電的枕形導(dǎo)體靠近帶正電的小球，由于靜電感應(yīng)，在a、b兩端分別出現(xiàn)負(fù)、正電荷，則以下說法正確的是（　　）
A．閉合S1，有電子從枕形導(dǎo)體流向地
B．閉合S2，有電子從枕形導(dǎo)體流向地
C．閉合S1，有電子從地流向枕形導(dǎo)體
D．閉合S2，沒有電子通過S2
C
二、三種起電方式
【解析】
枕型導(dǎo)體在帶正電的金屬棒附近時，枕型導(dǎo)體上的自由電子會向金屬棒的右邊運動，金屬棒的右端因有了多余的電子而帶負(fù)電，左端因缺少電子而帶正電；而當(dāng)閉合任何開關(guān)時，導(dǎo)體就會與大地連接，會使大地的電子流入枕形導(dǎo)體，當(dāng)處于靜電平衡時，枕形導(dǎo)體是個等勢體，故C正確，A、B、D錯誤。
故選C。
二、三種起電方式
【例題3】富蘭克林為研究雷電現(xiàn)象，設(shè)計了如圖所示的裝置，避雷針線路與接地線分開，并在分開處裝上帽形的金屬鐘A與B，兩鐘之間以絲線懸掛一個金屬小球C，A鐘下方用導(dǎo)線連接兩個很輕的金屬小球形成驗電器D，避雷針上空附近的云不帶電時，三個金屬小球均靜止下垂。若帶負(fù)電的云接近避雷針頂端時，則（　　）
A．避雷針頂端帶負(fù)電
B．接地線上有正電荷流入大地
C．金屬小球C會在A與B之間擺動，不斷來回撞擊A與B
D．驗電器D上的兩個金屬小球最后會下垂并相互接觸
D
二、三種起電方式
【解析】
根據(jù)異種電荷相互吸引、同種電荷相互排斥，可知若帶負(fù)電的云接近避雷針頂端時，避雷針頂端帶正電，A錯誤；金屬內(nèi)的正電荷不會移動，B錯誤；由A選項分析可知，驗電器D下端帶負(fù)電，小球C在驗電器D下端的吸引下撞擊A，然后和A帶同種電荷負(fù)電，然后相互排斥，和B接觸，此時電子通過B導(dǎo)入大地，然后C不帶電，如此反復(fù)，驗電器下端兩小球始終帶負(fù)電，所以兩小球相互排斥，C錯誤，D正確。
故選D。
二、三種起電方式
三、電荷守恒定律
第1節(jié) 電荷
三、電荷守恒定律
問題：
1、電荷的中和現(xiàn)象，是否是電荷消失
2、物體顯中性，是否是物體中沒有電荷
3、各種起電過程是否是創(chuàng)造了電荷
起電的本質(zhì)：無論是哪種起電方式,其本質(zhì)都是將正、負(fù)電荷分開,使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，并不是創(chuàng)造電荷.
三、電荷守恒定律
表述一：
電荷既不會創(chuàng)生,也不會消滅,它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總量保持不變.
表述二：
一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數(shù)和總是保持不變。
四、元電荷
第1節(jié) 電荷
四、元電荷
電荷的總量是守恒的，那么，物體的所帶的電荷量是任意數(shù)值嗎？
我們可不可以測出物體所帶電荷量的多少呢？
思考與討論
人們又是用什么方法測量電荷量的大小的呢？
四、元電荷
1．元電荷：任何帶電物體所帶電荷量是最小電荷量的整數(shù)倍。電荷量是不能連續(xù)變化的。稱這個最小電荷量為元電荷，用e表示。
美國的密立根通過油滴實驗測得e=1.60 ×10-19 C。
注：質(zhì)子/電子的電荷量與元電荷數(shù)值相等，但不能說它們是元電荷。
2．比荷(荷質(zhì)比)：
帶電體的電荷量與質(zhì)量的比值叫做比荷。
【例題4】保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，抵制盜版是我們每個公民的責(zé)任與義務(wù)。盜版書籍影響我們的學(xué)習(xí)效率甚至?xí)o我們的學(xué)習(xí)帶來隱患。小華有一次不小心購買了盜版的物理參考書，做練習(xí)時，他發(fā)現(xiàn)有一個關(guān)鍵數(shù)字看不清，拿來問老師，如果你是老師，你認(rèn)為可能是下列幾個數(shù)字中的哪一個 （　　）
A．6.2×10-19 C B．6.4×10-19 C
C．6.6×10-19 C D．6.8×10-19 C
B
四、元電荷
【解析】
電子電荷量的大小是最小的，人們把最小電荷叫做元電荷，其數(shù)值為e=6.2×10-19 C，物體的帶電量都為e的整數(shù)倍，即將4個選項中的電量除以e得數(shù)為整數(shù)倍的為正確的數(shù)字，只有6.4×10-19 C滿足條件，B正確。
故選B。
四、元電荷
五、課堂總結(jié)
第1節(jié) 電荷
五、課堂總結(jié)
二、電荷守恒定律
電荷既不能創(chuàng)生,也不能消滅,它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分,在轉(zhuǎn)移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變。
一、電荷
三、幾個基本概念:
電荷量
元電荷
比荷
1.自然界只有兩種電荷
2.使物體帶電的方法：
摩擦起電
感應(yīng)起電
接觸起電
六、練習(xí)與應(yīng)用
第1節(jié) 電荷
1. 如圖所示，用塑料梳快速梳頭發(fā)絲多次，觀察到頭發(fā)散開了，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是（　　）
A．塑料梳與頭發(fā)絲之間相互摩擦起電
B．頭發(fā)絲所受重力小，自然松散
C．頭發(fā)絲受到空氣浮力作用而散開
D．由于摩擦起電，頭發(fā)絲帶同種電荷而相互排斥
六、練習(xí)與應(yīng)用
AD
【解析】
塑料梳與頭發(fā)絲摩擦起電，頭發(fā)絲上帶的是同種電荷，同種電荷相互排斥，所以頭發(fā)絲會向四周散開， A、D正確。
故選AD。
六、練習(xí)與應(yīng)用
六、練習(xí)與應(yīng)用
2. 如圖所示，用絲綢摩擦過的玻璃棒和驗電器的金屬球接觸，使驗電器的金屬箔張開，關(guān)于這一現(xiàn)象，下列說法正確的是（　　）
A．兩金屬箔上帶異種電荷
B．兩金屬箔上均帶負(fù)電荷
C．金屬箔上有電子轉(zhuǎn)移到玻璃棒上
D．若將玻璃棒移走，則金屬箔會立即合在一起
C
【解析】
用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，和驗電器的金屬球接觸后，兩金屬箔上帶同種正電荷，由于相互排斥而張開，A、B錯誤；因金屬箔帶上了正電，則金屬箔上有電子轉(zhuǎn)移到玻璃棒上，C正確；移走金屬棒時，箔片仍帶電，不會立即合在一起，D錯誤。
故選C。
六、練習(xí)與應(yīng)用
六、練習(xí)與應(yīng)用
3. 如圖所示，小劉同學(xué)利用驗電器做靜電感應(yīng)實驗。她先用
包裝用的氣泡膜PVC和管摩擦，使PVC管因為失去電子而帶
電。左手拿帶電的PVC管靠近（但不接觸）驗電器，發(fā)現(xiàn)驗
電器的金屬箔片張開，然后用右指接觸驗電器上端的金屬圓
球，發(fā)現(xiàn)箔片閉合。以下對此實驗的說法中正確的是（　　）
A．發(fā)現(xiàn)驗電器箔片張開，是因為此時箔片帶負(fù)電，但驗電器整體仍是電中性的
B．右指接觸驗電器時電子從驗電器流向手指
C．如果松開右手，再撤去PVC管，驗電器的箔片又會張開，驗電器整體帶負(fù)電
D．如果松開右手，再撤去PVC管，驗電器的箔片依然閉合
C
【解析】
PVC管因為失去電子而帶正電，當(dāng)其靠近驗電器時，那么驗電器的金屬球會帶負(fù)電，則箔片帶正電，A錯誤；因PVC管帶正，驗電器的金屬球感應(yīng)出負(fù)電荷，相應(yīng)的金屬箔會出現(xiàn)剩余正電荷，手指接觸驗電器，使得驗電器接地，中和金屬箔上剩余的正電荷，使金屬箔不帶電，所以右指接觸驗電器時，是電子從手指流向驗電器，B錯誤；由于手指接觸驗電器時，電子從手指流向驗電器，驗電器整體帶負(fù)電，此時松開右手，再撤去PVC管，因驗電器整體帶負(fù)電，驗電器的箔片仍會張開，C正確，D錯誤。
故選C。
六、練習(xí)與應(yīng)用
七、提升訓(xùn)練
第1節(jié) 電荷
1. 如圖所示為科技館里一個趣味體驗項目的簡化圖，核心裝置為一個金屬球，在干燥的空氣里，體驗者雙腳站在絕緣凳上，手（圖中為右手）按在金屬球上，并遠(yuǎn)離周圍其他物體。一條特殊傳送帶（圖中未畫出）給金屬球不斷地輸送電荷，過一段時間后，體驗者的頭發(fā)便會四處散開，甚至倒立，十分有趣，在此狀態(tài)下，下列分析正確的是（　　）
A．若用左手也去摸金屬球，會被電擊
B．若用左手與旁邊的觀眾握手，會被電擊
C．若右手離開金屬球，則頭發(fā)會立刻恢復(fù)常態(tài)
D．若右手離開金屬球而且走下絕緣凳，頭發(fā)會立刻恢復(fù)常態(tài)
BD
七、提升訓(xùn)練
【解析】
若用左手也去摸金屬球，不會被電擊，A錯誤；若用左手與旁邊的觀眾握手，會發(fā)生放電現(xiàn)象而被電擊，B正確；若右手離開金屬球，電荷不會轉(zhuǎn)移，則頭發(fā)仍然四處散開，C錯誤；若右手離開金屬球而且走下絕緣凳，則電荷將進(jìn)入大地，人體將不再帶電，頭發(fā)會立刻恢復(fù)常態(tài)，D正確誤。
故選BD。
七、提升訓(xùn)練
2. 如圖所示，不帶電的導(dǎo)體B在靠近帶正電的導(dǎo)體A后，P端及Q端分別感應(yīng)出負(fù)電荷和正電荷，則以下說法正確的是（ ）
A．若用導(dǎo)線將Q端接地，然后斷開，再取走A，則導(dǎo)體B將帶負(fù)電
B．若用導(dǎo)線將Q端接地，然后斷開，再取走A，則導(dǎo)體B將帶正電
C．若用導(dǎo)線將Q端接地，然后斷開，再取走A，則導(dǎo)體B將不帶電
D．若用導(dǎo)線將P端接地，然后斷開，再取走A，則導(dǎo)體B將帶正電
A
七、提升訓(xùn)練
【解析】
如圖枕型導(dǎo)體在帶正電的小球附近時，枕型導(dǎo)體上的自由電子會向金屬棒的左邊運動，金屬棒的左端因有了多余的電子而帶負(fù)電，右端因缺少電子而帶正電；而用導(dǎo)線接地，接導(dǎo)體的任何部位，右端的正電荷被中和，因此導(dǎo)體將帶負(fù)電，A正確，B、C、D錯誤。
故選A。
七、提升訓(xùn)練

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