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9.1电荷
【学习目标】
1、知道自然界只存在正、负两种电荷。知道同种电荷相互排斤，异种电荷相互吸引。知道电荷量的概念及其国际单位。
2. 经历摩擦起电和感应起电的实验过程，了解使物体带电的方法，能从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。
3. 理解电荷守恒定律。
4. 关注存在元电荷的事实，知道元电荷的概念，知道电荷量不能连续变化。
【学习重难点】
1、理解摩擦起电、感应起电和接触起电。（重点）
2、对于元电荷的理解，以及对于电荷守恒定律的理解和应用。（重点）
3、学会从物质微观结构的角度认识物体带电的本质。（难点）
4、应用电荷守恒定律分析接触起电现象中电荷量的分配。（难点）
【预习新知】
一、电荷
1．物体带电
物体具有吸引轻小物体的性质，我们就说它带了电，或有了电荷。
2．两种电荷
（1）自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷。
（2）电荷间的相互作用规律：同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引。
注意：两个物体带异种电荷相互吸引，但相互吸引的物体不一定是带异种电荷，因为带电体还具有吸引轻小物体的特性。
3．电荷量及其单位
（1）定义：电荷的多少叫作电荷量，常用符号Q或 q表示。
（2）单位：在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称库，用C表示。
（3）正负：电荷有正负之分，正电荷的电荷量为正值，负电荷的电荷量为负值。
4．物质的微观结构
（1）原子结构：原子：
（2）原子电性：原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多，整个原子对外界较远位置表现为电中性。
（3）自由电子：金属中原子的外层电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由运动，这种电子叫作自由电子。
同一物体分别与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷的种类取决于两种物质的原子核束缚电子的能力的大小，故同一物体与不同种类的物体摩擦时，可能带上不同种类的电荷。
二、静电感应
（1）摩擦起电：由于摩擦而使物体带电的方式。原因：当两种物质组成的物体相互摩擦时，一些受原子核束缚较弱的电子会转移到另一个物体上。于是，原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体则带正电。
（2）感应起电
①静电感应：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。
②感应起电：利用静电感应使金属导体带电的过程。
（3）接触起电：带电体与导体接触时，会使这个导体带电的现象。
三、电荷守恒定律
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。
2．一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。
【重难探究】
一、对感应起电的理解
1．过程及现象
(1)取一对用绝缘支柱支持的金属导体A、B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在它们下面的金属箔是闭合的，如图甲所示。
(2)带正电荷的球C移近导体A，可以看到A、B上的金属箔都张开了，这表示A、B上都带了电荷，如图乙所示。
(3)如果把A、B分开，然后移去C，可以看到A和B仍带有电荷，如图丙所示。
(4)让A、B接触，金属箔就不再张开，表明它们不再带电了。这说明A、B所带的电荷是等量的，互相接触时，等量的正、负电荷发生了中和。
2．感应起电的本质
在导体C上的电荷作用下，导体A、B上的自由电荷发生定向移动，由B端移至A端，从而引起A端带负电，B端带正电，此时若将A、B分离，导体A、B则成为带等量异种电荷的带电体。
二、元电荷与电荷守恒定律
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。
2．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。
【巩固训练】
1.如图甲所示是一个原先不带电的导体，图乙中C是靠近图甲中导体的带正电的导体球.若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，将导体分为两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为，则下列结论正确的是( )
A.沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且
B.只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且
C.沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且
D.沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，且
2.某同学将一根橡胶棒用毛皮摩擦后，先后进行了如下操作：①将橡胶棒靠近（不接触）不带电验电器的金属球（如图甲）；②保持橡胶棒的位置不动，用手接触验电器的金属球（如图乙）；③接着先把手移开，再把橡胶棒移开（如图丙）.关于验电器的金属箔张开的情况及分析，以下说法正确的是( )
A.操作①中，验电器金属箔不张开，因为橡胶棒与金属球没有接触
B.操作①中，随着橡胶棒靠近验电器金属球的过程，金属箔张开的角度越来越大，因为产生的感应电荷越来越多，金属箔上聚集的负电荷也越来越多
C.操作②中，手接触验电器，金属箔闭合，金属球上的电荷通过手导入到大地中
D.操作③中，金属箔从闭合到又张开一定的角度，因为金属球上的电荷重新分布
3.小明同学用自制的验电器进行了一些探究实验.如图所示，小明使验电器带了负电荷，经过一段时间后，他发现该验电器的金属箔片（用包装巧克力的锡箔纸制作）几乎闭合了.关于此问题，他跟其他同学讨论后形成了下列观点，你认为正确的是( )
A.金属球上原有的负电荷逐渐消失了
B.在此现象中，电荷不守恒
C.金属球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了
D.该现象是由于电子的转移引起的，仍然遵循电荷守恒定律
4.下列关于几种起电方式的说法错误的是( )
A.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体
B.摩擦起电时，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电
C.摩擦起电和感应起电都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分
D.一个带电体接触一个不带电的物体，两个物体可能带上异种电荷
参考答案
1.答案：D
解析：导体原来不带电，只是在带正电的导体球C的静电感应的作用下，导体中的自由电子向B部分移动，使B部分带负电，A部分带正电.根据电荷守恒定律可知，A部分减少的电子数目和B部分增加的电子数目相同，所以沿任意一条虚线切开时，都有A带正电，B带负电，且，故D正确.
2.答案：BD
解析：用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，操作①中，将橡胶棒靠近不带电验电器的金属球时，由于静电感应，验电器的金属球带正电，则金属箔带负电，从而张开；随着橡胶棒靠近验电器金属球的过程，金属箔张开的角度越来越大，是因为产生的感应电荷越来越多，则金属箔上聚集的负电荷也越来越多，A错误，B正确；操作②中，手接触验电器，金属箔中的负电荷经手流入大地，使得金属箔闭合，但金属球依旧属于近端，带正电，C错误；操作③中，若先把手移开，再把橡胶棒移开，金属箔与金属球均带正电荷，导致金属箔又张开，D正确.
3.答案：CD
解析：带负电荷的验电器在潮湿的空气中，经过一段时间后，金属球上的负电荷（电子）被潮湿的空气导走了，但电荷在转移的过程中仍然守恒，故C、D正确，A、B错误.
4.答案：AD
解析：感应起电的实质是电荷从物体的一部分转移到另一部分，故A错误；摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体，物体原来呈现电中性，所以失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电，故B正确；摩擦起电和感应起电都能使电子转移，只不过前者使电子从一个物体转移到另一个物体上，而后者则使电子从物体的一部分转移到另一部分，故C正确；一个带电体接触一个不带电的物体，属于接触起电，接触起电的两个物体只能带上同种电荷，故D错误.

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