前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇電荷及其守恒定律范文，相信會(huì)為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

電荷及其守恒定律范文第1篇

關(guān)鍵詞：電磁學(xué) 場(chǎng) 能量守恒定律

電磁學(xué)理論是物理體系中的重要組成部分，電場(chǎng)的性質(zhì)是對(duì)處于其中的電荷有力的作用，磁場(chǎng)的本質(zhì)則是對(duì)處于其中的運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。因此我們?cè)诮虒W(xué)中往往是強(qiáng)調(diào)電場(chǎng)、磁場(chǎng)的方向及其中電荷所受的力，而忽視了場(chǎng)作為物質(zhì)存在的一種普遍形式是具有能量的。如果將自然界的基本規(guī)律――能量守恒定律應(yīng)用到電磁場(chǎng)之中，對(duì)一些電磁現(xiàn)象、定律的理解及一些電磁學(xué)題目的求解將起到事半功倍的效果。下面我們就一些實(shí)例來討論：

一、應(yīng)用能量守恒定律驗(yàn)證靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不相交

靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是永不閉合的曲線，這一特點(diǎn)叫做靜電場(chǎng)的無旋性。靜電場(chǎng)的這一特點(diǎn)實(shí)際上是和電磁相互作用過程中的能量守恒聯(lián)系在一起的。如圖1所示，假設(shè)有一電場(chǎng)線閉合成為一個(gè)逆時(shí)針方向的圓周，我們就可以以該圓周的大小制作一個(gè)圓盤并使其邊緣帶電，例如帶正電，然后將圓盤放在該電場(chǎng)中。由于圓盤上每一個(gè)地方受到的電場(chǎng)力都沿著電力線的切線方向，對(duì)圓心的力矩都沿著逆時(shí)針方向，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)圓盤會(huì)加速轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)能不斷增加。這顯然違背了能量守恒定律，因此，靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線是不能閉合的。

二、應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律

在現(xiàn)行人教版高中物理課本中，講到關(guān)于法拉第電磁感應(yīng)定律傳統(tǒng)的推導(dǎo)方法時(shí)，先是“法拉第在大量精確實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上歸納得出”，直接提出感生電動(dòng)勢(shì)的公式E=n ，而后在這個(gè)公式的基礎(chǔ)上提出動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)E=Blv。這樣讓人較難理解，一是與前面知識(shí)結(jié)合不緊密，二是對(duì)這個(gè)公式只能采取死記硬背，效果也不太理想。如果用能量轉(zhuǎn)換和守恒定律來推導(dǎo)一下，可能效果就大不一樣。在如圖2所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，有一個(gè)矩形線框abcd放在這個(gè)磁場(chǎng)里，它的平面與磁感應(yīng)線垂直，導(dǎo)線ab的長(zhǎng)度為l，它在與磁感應(yīng)線垂直的方向上以速度v向右運(yùn)動(dòng)。

設(shè)導(dǎo)線在t時(shí)間內(nèi)，由原來位置ab移動(dòng)到位置a′b′，則aa′=vΔt。要使導(dǎo)線ab在切割磁感應(yīng)線的過程中能產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)E，即其他形式的能通過導(dǎo)線ab做功轉(zhuǎn)化的電能為：W=qE=EIΔt。而要使導(dǎo)線能以穩(wěn)定的速度v做切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動(dòng)，它必定受到平衡力的作用，就有：F =F 。

則外力對(duì)導(dǎo)線ab所做的功為：W=F S=F S=BIlvΔt。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律：EIΔt=BIlvΔt，所以E=Blv。

三、應(yīng)用能量守恒定律解釋愣次定律

1833年，愣次在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)判定電磁感應(yīng)中感應(yīng)電流方向的法則，即愣次定律。其內(nèi)容如下：閉合回路中感應(yīng)電流I的方向，是要使感應(yīng)電流在回來所圍面積上產(chǎn)生的磁通量，去抵消或反抗引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

考慮圖3所示的那樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，一塊條形磁鐵穿過一個(gè)閉合線圈的過程。圖(a)是磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近線圈的情況，由愣次定律可判斷線圈中感應(yīng)電流的方向如圖所示。圖(b)是磁鐵已穿過線圈繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)的情況，同樣由愣次定律可判斷出線圈中感應(yīng)電流I′的方向如圖。

下面我們就從能量守恒的角度來解釋上述現(xiàn)象。

在實(shí)驗(yàn)中閉合線圈里有感生電流產(chǎn)生，于是線圈中應(yīng)有能量釋放出來，如發(fā)出焦耳熱。應(yīng)該考慮一下，這些能量究竟是從哪兒來的？看圖(a)，電磁感應(yīng)在閉合線圈上產(chǎn)生的電流會(huì)形成一個(gè)磁矩，按右手螺旋法則，磁矩向右，即右邊是N極。線圈的N極會(huì)排斥磁鐵的N極，阻止它的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因而，要進(jìn)行電磁感應(yīng)，磁鐵就必須要克服斥力而做功，通過做功，磁鐵運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為了電能。同樣圖(b)的過程中磁鐵也要克服引力做功，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能?？梢婋姶鸥袘?yīng)中釋放的能量并不是憑空而來的，而是其它能量如機(jī)械能轉(zhuǎn)換而來的。如果楞次定律不是感應(yīng)電流的磁通量去反抗引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，而是支持這種變化，那么上述實(shí)驗(yàn)中的一切都會(huì)倒過來，那物理學(xué)就會(huì)天下大亂了。試想在圖(a)中，我們只須給磁鐵一點(diǎn)很少的啟動(dòng)能量使之向左運(yùn)動(dòng)，如果楞次定律反過來，那么磁鐵受到的就將是引力而不是斥力，它就會(huì)加速通過線圈，然后繼續(xù)加速向左運(yùn)動(dòng)。在左側(cè)安裝一個(gè)彈性壁使之反彈向左并繼續(xù)加速，然后反彈加速……這樣我們就能在磁鐵上獲得源源不絕的機(jī)械能，在線圈上獲得無窮無盡的電能，而我們卻沒有輸入任何能量?？梢?，楞次定律是能量守恒定律這個(gè)自然界的普遍法則在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)。

四、應(yīng)用能量守恒定律求解電磁學(xué)中的具體題目

我們看下面一道例題：在如圖4所示的裝置中，當(dāng)不太長(zhǎng)的條形磁鐵在閉合線圈內(nèi)做振動(dòng)時(shí)（）。

A． 振幅會(huì)逐漸增大B. 振幅會(huì)逐漸減小

C. 振幅不變D. 振幅先減小后增大

這道題目可以由愣次定律判斷每一種情況下磁鐵的受力方向，綜合各種情況得出振幅會(huì)逐漸減小的結(jié)論，即B選項(xiàng)，但是其過程比較繁瑣。下面我們從能量守恒的角度來判斷：當(dāng)磁鐵通過線圈時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，隨即產(chǎn)生焦耳熱。由能量守恒定律可以判斷能量不會(huì)憑空產(chǎn)生，此題中焦耳熱必然由系統(tǒng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化而來。當(dāng)機(jī)械能減少時(shí)，簡(jiǎn)諧振動(dòng)系統(tǒng)的振幅必減小，同樣我們判斷出正確答案為B選項(xiàng)。從對(duì)比中可見，后一種解法條理清晰、簡(jiǎn)潔明了，解題效率較高。

需要強(qiáng)調(diào)的是我們?cè)趹?yīng)用電能、磁能時(shí)，應(yīng)認(rèn)識(shí)到電磁場(chǎng)的能量是儲(chǔ)存在場(chǎng)中而不是儲(chǔ)存在激發(fā)電磁場(chǎng)的電荷中。這一點(diǎn)我們可以簡(jiǎn)潔地說明如下：現(xiàn)在人類已能探測(cè)到一百億光年以外星體的發(fā)光，光是電磁波即變化的電磁場(chǎng)。最初產(chǎn)生電磁場(chǎng)的那些電荷分布現(xiàn)在是否存在我們無從知道，但它產(chǎn)生的電磁場(chǎng)所依然存在，并能攜帶著能量來啟動(dòng)我們的儀器使我們探測(cè)到它的存在，可見能量確實(shí)存在于場(chǎng)之中，電能就是電場(chǎng)的能量，磁能也就是磁場(chǎng)的能量。

本文列舉了幾個(gè)應(yīng)用能量守恒定律處理電磁學(xué)問題的實(shí)例，強(qiáng)調(diào)了電磁場(chǎng)不僅僅是對(duì)處于其中的電荷有力的作用，作為物質(zhì)存在的一種普遍形式具有物質(zhì)性，自然界中最普遍的一種能量――電磁能的存在就是其物質(zhì)性的體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈起民，鄭永令，陳暨耀.電磁學(xué)(第二版).高等教育出版社，2001.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史.清華大學(xué)出版社，1993.

[3]王興周，趙建芳.教與學(xué)整體設(shè)計(jì).寧夏人民教育出版社，2007.

[4]袁運(yùn)開.科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)和我們的認(rèn)識(shí)[J].全球教育展望，2002，（2）.

電荷及其守恒定律范文第2篇

核心考點(diǎn)一 動(dòng)量守恒定律

【知識(shí)和方法精講】

1.動(dòng)量守恒定律：相互作用的幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)，如果不受外力或它們所受外力的合力為零，則系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒.

2.碰撞過程的三個(gè)制約因素：

a.動(dòng)量制約――動(dòng)量守恒.由于碰撞過程同時(shí)具備了“相互作用力大”和“作用時(shí)間短”兩個(gè)特征，其他外力可忽略，取碰撞的兩個(gè)物體作為系統(tǒng)，滿足動(dòng)量守恒定律.

b.動(dòng)能制約――系統(tǒng)動(dòng)能不增加.

c.運(yùn)動(dòng)制約――運(yùn)動(dòng)變化合理.

3.在物體發(fā)生相互作用時(shí)，伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移.相互作用的系統(tǒng)一定滿足能量守恒定律.若相互作用后有內(nèi)能產(chǎn)生，則產(chǎn)生的內(nèi)能等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能.

4.動(dòng)量定理：物體所受合外力的沖量等于物體動(dòng)量的變化.即FΔt=mv2-mv1.

反映了力對(duì)時(shí)間的累積效應(yīng)，是力在時(shí)間上的積累.動(dòng)量定理為矢量方程，動(dòng)量和沖量都是既有大小又有方向的物理量.

5.沖量：I=Ft.力隨時(shí)間變化圖象的面積表示該力的沖量.

【典例精析】

典例1 （2013•全國(guó)新課標(biāo)理綜Ⅰ）在粗糙的水平桌面上有兩個(gè)靜止的木塊A和B，兩者相距為d.現(xiàn)給A一初速度，使A與B發(fā)生彈性正碰，碰撞時(shí)間極短，當(dāng)兩木塊都停止運(yùn)動(dòng)后，相距仍然為d.已知兩木塊與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，B的質(zhì)量為A的2倍，重力加速度大小為g.求A的初速度的大小.

解析：設(shè)在發(fā)生碰撞前的瞬間，木塊A的速度大小為v；在碰撞后的瞬間，A和B的速度分別為v1和v2.在碰撞過程中，由能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律.得

12mv2=12mv21+12•2mv22

mv=mv1+2mv2

式中，以碰撞前木塊A的速度方向?yàn)檎?聯(lián)立解得：v1=-v2[]2.

設(shè)碰撞后A和B運(yùn)動(dòng)的距離分別為d1和d2，由動(dòng)能定理得

μmgd1=12mv21

μ(2m)gd2=12•2mv22

按題意有：d=d1+d2.

設(shè)A的初速度大小為v0，由動(dòng)能定理得

μmgd=12mv20-12mv2

聯(lián)立解得：v0=285μgd.

點(diǎn)評(píng)：本題以兩個(gè)相距一定距離的木塊碰撞切入，意在考查能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理及其相關(guān)知識(shí).

[TPj45.TIF;Z1，Y][TS(1][JZ][HT5"H]圖1[HT][TS）]

典例2 （2013•全國(guó)新課標(biāo)理綜II）如圖1所示，光滑水平直軌道上有三個(gè)質(zhì)量均為m的物塊A、B、C，B的左側(cè)固定一輕彈簧（彈簧左側(cè)的擋板質(zhì)量不計(jì)）.設(shè)A以速度v0朝B運(yùn)動(dòng)，壓縮彈簧；當(dāng)AB速度相等時(shí)，B與C恰好相碰并粘接在一起，然后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，假設(shè)B和C碰撞過程時(shí)間極短.求從A開始?jí)嚎s彈簧直至與彈簧分離的過程中：

（1）整個(gè)系統(tǒng)損失的機(jī)械能；

（2）彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能.

解析：（1）從A開始?jí)嚎s彈簧到A與B具有相同速度v1時(shí)，對(duì)AB與彈簧組成的系統(tǒng)，由動(dòng)量守恒定律得

mv0=2mv1①

此時(shí)B與C發(fā)生完全非彈性碰撞，設(shè)碰撞后的瞬時(shí)速度為v2，系統(tǒng)損失的機(jī)械能為ΔE，對(duì)BC組成的系統(tǒng)，由動(dòng)量守恒定律得

mv1=2mv2②

由能量守恒定律得

12mv21=12(2m)v22+ΔE③

聯(lián)立解得：ΔE=116mv20.

（2）由②式可知，v2＜v1，A將繼續(xù)壓縮彈簧，直至三者速度相同，設(shè)此時(shí)速度為v3，此時(shí)彈簧被壓縮到最短，其彈性勢(shì)能為Ep.由動(dòng)量守恒定律得

mv0=3mv3

由能量守恒定律得

12mv20-ΔE=12(3m)v23+Ep

聯(lián)立解得：彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能Ep=1348mv20.

點(diǎn)評(píng)：本題以三個(gè)物體的碰撞切入，考查碰撞、彈性勢(shì)能、動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，意在考查考生綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力.

[TPj46.TIF;Z1，Y][TS(1][JZ][HT5"H]圖2[HT][TS）]

典例3 （2013•安徽理綜）一物體放在水平地面上，如圖2所示，已知物體所受水平拉力F隨時(shí)間的變化情況如圖3所示，物體相應(yīng)的速度v隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖4所示.求：

[TPj47.TIF，BP#][TS(1][JZ][HT5"H]圖3圖4[HT][TS）]

（1）0~8s時(shí)間內(nèi)拉力的沖量；

（2）0~6s時(shí)間內(nèi)物體的位移；

（3）0~10s時(shí)間內(nèi)，物體克服摩擦力所做的功.

解析：（1）由圖3可知：I=F1Δt1+F2Δt2+F3Δt3=1×2N•s+3×4N•s+2×2N•s=18N•s.

（2）由圖4可知0~6s時(shí)間內(nèi)物移為：x=6-22×3m=6m.

（3）由圖4可知，在6~8s時(shí)間內(nèi)，物體做勻速運(yùn)動(dòng)，于是有摩擦力f=2N.

由圖4可知0~10s時(shí)間內(nèi)物體的總位移為：x′=(8-6)+(10-2)2×3m=15m.

物體克服摩擦力所做的功：

W=fx′=2×15J=30J.

點(diǎn)評(píng)：此題以水平拉力F隨時(shí)間的變化圖象和物體相應(yīng)的速度v隨時(shí)間的變化關(guān)系圖象給出解題信息，意在考查對(duì)圖象的理解、沖量、位移、功及其相關(guān)知識(shí).

典例4 （2011•北京理綜）如圖5所示，用“碰撞試驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系.

[TPj48.TIF，BP][TS(1][JZ][HT5"H]圖5[HT][TS）]

①實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的.但是，可以通過僅測(cè)量（填選項(xiàng)前的序號(hào)），間接地解決這個(gè)問題.

A.小球開始釋放高度h

B.小球拋出點(diǎn)距地面的高度H

C.小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程

②圖5中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P,測(cè)量平拋射程OP.然后，把被碰小球m2靜止于軌道的水平部分，再將入射小球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相撞，并多次重復(fù).

接下來要完成的必要步驟是(填選項(xiàng)的符號(hào)).

A.用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2

B.測(cè)量小球m1開始釋放高度h

C.測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度H

D．分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、N

E．測(cè)量平拋射程OM，ON

③若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可表示為（用②中測(cè)量的量表示）；

若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為（用②中測(cè)量的量表示）.

④經(jīng)測(cè)定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖6所示.

[TPj49.TIF，BP][TS(][JZ][HT5"H]圖6[HT][TS）]

碰撞前、后m1的動(dòng)量分別為p1與p′1，則p1∶p′1=∶11；若碰撞結(jié)束時(shí)m2的動(dòng)量為p′2,則p′1∶p′2=11∶.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，碰撞前、后總動(dòng)量的比值p1p′1+p′2為.

⑤有同學(xué)認(rèn)為，在上述實(shí)驗(yàn)中僅更換兩個(gè)小球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被撞小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程增大.請(qǐng)你用④中已知的數(shù)據(jù)，分析和計(jì)算出被撞小球m2平拋運(yùn)動(dòng)射程ON的最大值為cm.

解析：①由于本實(shí)驗(yàn)的碰撞是在同一高度，在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，因而根據(jù)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程就可知道碰撞后速度的大小之比，所以選C.

②本實(shí)驗(yàn)必須用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2，分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、N和測(cè)量平拋射程OM，ON，故選ADE.

③由于m1v1+m2v2=m1v,且v1=OM[]t，v2=ON[]t，v=OP[]t，所以m1•OM+m2•ON=m1•OP.若碰撞是彈性碰撞，機(jī)械能守恒，有1[]2m1v21+1[]2m2v22=1[]2m1v2,所以m1•OM2+m2•ON2=m1•OP2.

④p1[]p′1=m1v1[]m1v′1=OP[]OM=44.80[]35.20=14[]11;

p′1[]p′2=m1v′1[]m2v′2=m1•OM[]m2•ON=45.0×35.20[]7.5×55.68=11[]2.9;

p1[]p′1+p′2=m1•OP[]m1•OM+m2•ON

=45.0×44.80[]45.0×35.20+7.5×55.68=1.007.

⑤當(dāng)兩個(gè)球發(fā)生完全彈性碰撞時(shí)，被碰小球m2平拋運(yùn)動(dòng)射程ON有最大值.彈性碰撞動(dòng)量守恒，m1v1+m2v2=m1v，機(jī)械能守恒，

1[]2m1v21+1[]2m2v22=1[]2m1v2，解得：v′2=2m1[]m1+m2v,

所以O(shè)Nm=2m1[]m1+m2OP=2×45.0[]45.0+7.5×44.8cm=76.8cm.被碰小球m2平拋運(yùn)動(dòng)射程ON的最大值為76.8cm.

答案:①C ②ADE或DEA或DAE

③m1•OM+m2•ON=m1•OP

m1•OM2+m2•ON2=m1•OP2

④14 2.9 1~1.007 ⑤76.8

點(diǎn)評(píng):此題考查用碰撞實(shí)驗(yàn)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)，綜合性強(qiáng)，能力要求高.

核心考點(diǎn)二 波粒二象性

【知識(shí)和方法精講】

1.普朗克1900年提出量子論，1905年愛因斯坦提出光子學(xué)說，成功解釋了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn).任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，只有當(dāng)入射光的頻率大于這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng).光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明光具有粒子性.光子能量公式E=hν，光電效應(yīng)方程Ek=hν-W.

2.光的干涉、衍射實(shí)驗(yàn)證明光具有波動(dòng)性，麥克斯韋提出光是電磁波.

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、康普頓實(shí)驗(yàn)都表明光具有粒子性.

光具有波粒二象性.個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的作用效果表現(xiàn)為波動(dòng)性；頻率越低的光，波動(dòng)性越顯著，容易觀察到光的干涉和光的衍射現(xiàn)象；頻率越高的光，粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng).

3.德布羅意提出物質(zhì)波：任何運(yùn)動(dòng)的物體，都有一種波與之對(duì)應(yīng).物質(zhì)波的波長(zhǎng)λ=h[]p=h[]mv.

【典例精析】

典例5 (2013•北京理綜)以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出.強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí).

[TPj50.TIF;%90%90，Y][TS(1][JZ][HT5"H]圖7[HT][TS）]

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖7所示.用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)，逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減小；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的（）（其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量）

A.U=hνe-We B.U=2hνe-We

C.U=2hν-WD.U=5hν2e-We

解析：設(shè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收n個(gè)光子，由光電效應(yīng)方程可得：Ek=nhν-W，由動(dòng)能定理，eU=Ek，聯(lián)立解得U=nhνe-We.n只能為大于1的整數(shù)，所以選項(xiàng)B正確ACD錯(cuò)誤.

點(diǎn)評(píng):此題以多光子光電效應(yīng)切入，意在考查光電效應(yīng)方程及其相關(guān)知識(shí).

典例6 A、B兩種光子的能量之比為2∶1,它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動(dòng)量之比和該金屬的逸出功.

解析：光子能量E=hν，動(dòng)量p=h[]λ，且ν=c[]λ，聯(lián)立解得：p=E[]c，則：pA∶pB=2∶1.A光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能EkA=EA-W0,B光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能EkB=EB-W0,聯(lián)立解得：W0=EA-2EB.

點(diǎn)評(píng):此題以光電效應(yīng)切入，意在考查光子能量、動(dòng)量、光電效應(yīng)方程及其相關(guān)知識(shí).

核心考點(diǎn)三 原子結(jié)構(gòu)和能級(jí)

【知識(shí)和方法精講】

1.湯姆孫通過對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子；密立根通過著名的油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出了電子電量，發(fā)現(xiàn)電荷是量子化的，即任何帶電體的電荷都是e的整數(shù)倍；盧瑟福根據(jù)α粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；根據(jù)α粒子的散射實(shí)驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)可確定原子核的數(shù)量級(jí)為10-15m.

2．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的.原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子能量由這兩定態(tài)的能力差決定，即hν=E初-E末.根據(jù)玻爾的定態(tài)假設(shè)和能量量子化，可畫出能級(jí)圖，利用發(fā)射或吸收光子的能量等于兩能級(jí)能量值之差可求原子發(fā)射或吸收光子的頻率.

【典例精析】

[TPj52.TIF;Z1，Y][TS(1][JZ][HT5"H]圖8[HT][TS）]

典例7 如圖8所示，為氫原子能級(jí)示意圖的一部分，則氫原子（）

A．從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)

B．從n=5能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比n=5能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)輻射出電磁波的速度大

C．處于不同能級(jí)時(shí)，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的

D．從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子核一定向外放出能量

解析：由玻爾理論可知，從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)，選項(xiàng)A正確；輻射出電磁波的速度一樣大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；處于不同能級(jí)時(shí)，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是不一樣的，處于基態(tài)出現(xiàn)的概率最大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子一定向外放出能量，并非氫原子核，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

答案:A

點(diǎn)評(píng):此題以氫原子能級(jí)示意圖切入，意在考查能級(jí)、玻爾理論及其相關(guān)知識(shí).

核心考點(diǎn)四 原子核

【知識(shí)和方法精講】

1.原子核的組成：原子核由質(zhì)子和中子組成.質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子.原子核的質(zhì)量數(shù)等于原子核內(nèi)的核子數(shù)；原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)等于核電荷數(shù)，等于該元素的原子序數(shù).

2.同位素：具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子互稱同位素.不穩(wěn)定的同位素稱為放射性同位素.

3.天然放射性的發(fā)現(xiàn)說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu).不穩(wěn)定的原子核自發(fā)的放出某種粒子（α粒子和β粒子）轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為原子核的衰變.

4.天然放射性元素能夠自發(fā)放出α射線、β射線、

SymbolgA@

射線.α射線是高速運(yùn)動(dòng)的氦核，穿透能力最弱，電離能力最強(qiáng)；β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子，穿透能力較強(qiáng)，電離能力較弱；

SymbolgA@

射線是頻率很高的電磁波，穿透能力最強(qiáng)，電離能力最小.

5.α衰變規(guī)律是質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2；β衰變規(guī)律是電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變.

6.半衰期是反映原子核衰變快慢的物理量，放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間叫作這種元素的半衰期.放射性元素衰變的快慢與元素所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān).

7.原子核反應(yīng)一般分為四類：原子核衰變（包括α衰變和β衰變）、原子核人工轉(zhuǎn)變、輕核聚變和重核裂變.原子核衰變自發(fā)進(jìn)行，不受外界條件影響；原子核人工轉(zhuǎn)變是利用α粒子等轟擊原子核使其發(fā)生核反應(yīng)產(chǎn)生新的原子核；輕核聚變是在高溫下進(jìn)行的能夠釋放大量能量的核反應(yīng)；重核裂變是利用中子轟擊重原子核使其發(fā)生裂變生成中等質(zhì)量原子核的反應(yīng).核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒.

8.質(zhì)量虧損Δm等于核反應(yīng)前原子核的總質(zhì)量與核反應(yīng)后原子核的總質(zhì)量之差.根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，核反應(yīng)釋放的核能ΔE=Δmc2.若質(zhì)量虧損Δm以原子質(zhì)量單位u作為單位，可利用1u可釋放能量931.5MeV，用ΔE=Δm×931.5MeV計(jì)算核反應(yīng)釋放的核能.

【典例精析】

典例8 （2013•全國(guó)大綱版理綜）放射性元素氡（22286Rn）經(jīng)α衰變成為釙21884Po，半衰期為3.8天；但勘測(cè)表明，經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn的礦石，其原因是（）

A．目前地殼中的22286Rn主要來自于其他放射元素的衰變

B．在地球形成的初期，地殼中元素22286Rn的含量足夠高

C．當(dāng)衰變產(chǎn)物21884Po積累到一定量以后，21884Po的增加會(huì)減慢22286Rn的衰變進(jìn)程

D．22286Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期

解析：目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn的礦石，其原因是目前地殼中的22286Rn主要來自于其他放射元素的衰變，選項(xiàng)A正確.

點(diǎn)評(píng)：此題以地殼中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn的礦石切入，意在考查放射性衰變、半衰期及其相關(guān)知識(shí).

典例9 （2013•山東理綜）恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng).當(dāng)溫度達(dá)到108K時(shí)，可以發(fā)生“氦燃燒”.

①完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程：42He+84Be+γ.

②84Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10-16s.一定質(zhì)量的84Be，經(jīng)7.8×10-16s后所剩84Be占開始時(shí)的.

解析：①由核反應(yīng)滿足的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得“氦燃燒”的核反應(yīng)方程：42He+42He84Be+γ.

②經(jīng)7.8×10-16s即三個(gè)半衰期后所剩84Be占開始時(shí)的（1/2）3=1/8.

答案：42He 1/8或12.5%

點(diǎn)評(píng)：此題以恒星中的“氦燃燒”切入，意在考查核反應(yīng)方程、半衰期及其相關(guān)知識(shí).

典例10 太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子(11H)聚變?yōu)?個(gè)氦核(42He)的熱核反應(yīng)，核反應(yīng)方程是411H42He+2X，這個(gè)核反應(yīng)釋放出大量核能.已知質(zhì)子、氦核、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c.方程中的X表示；這個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=；這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能ΔE=.

解析：由核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律可知方程中的X表示正電子01e；這個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=4m1-m2-2m3；這個(gè)核反應(yīng)中釋放的核能ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2.

答案：正電子01e；4m1-m2-2m3；(4m1-m2-2m3)c2.

點(diǎn)評(píng)：此題以太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)切入，主要考查熱核反應(yīng)、質(zhì)量虧損、質(zhì)能方程等知識(shí)點(diǎn)，意在考查考生應(yīng)用原子核相關(guān)知識(shí)分析解決問題的能力.

針對(duì)練習(xí)題

1.如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的相等，則它們的也相等.

A．速度

B．動(dòng)能

C．動(dòng)量

D．總能量

2產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，關(guān)于逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek，下列說法正確的是（）

A．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的強(qiáng)度無關(guān)

B．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的波長(zhǎng)成反比

C．對(duì)于同種金屬，Ek與光照射的時(shí)間成正比

D．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的頻率呈線性關(guān)系

E．對(duì)于不同種金屬，若照射光頻率不變，Ek與金屬的逸出功呈線性關(guān)系

3．（2013•天津理綜）下列說法正確的是（）

A．原子核發(fā)生衰變時(shí)要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒的規(guī)律

B.α射線、β射線、γ射線都是高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流

C．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子

D．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的動(dòng)能只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)

4．（2013•廣東理綜）鈾核裂變是核電站核能的重要來源，其中一種裂變反應(yīng)式是23592U+10n14456Ba+8936Kr+10n，下列說法正確的有（）

A．上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出

B．鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響

C．鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制

D．鈾核的半衰期會(huì)受到環(huán)境溫度的影響

5.（2013•海南物理）原子核23290Th具有天然放射性，它經(jīng)過若干次α衰變和β衰變后會(huì)變成新的原子核.下列原子核中，有三種是23290Th衰變過程中可以產(chǎn)生的，它們是

A．20482Pb

B．20382Pb

C．21684Po

D．22488Ra

E．22688Ra

F.22990Th

6．（2013•重慶理綜）鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：23592U+10na+b+210n則a+b可能是（）

A．14054Xe+9336Kr

B．14156Ba+9236Kr

C．14156Ba+9338Sr

D．14054Xe+9438Sr

7.（2014•天津六校聯(lián)考）放射性元素每秒有一個(gè)原子核發(fā)生衰變時(shí)，其放射性活度即為1貝可勒爾.13153I是核電站中核反應(yīng)的副產(chǎn)物，它可以衰變成13154Xe，半衰期為8天.福島核電站泄漏出的放射性物質(zhì)中就含有13153I，當(dāng)?shù)卣谀炒螜z測(cè)中發(fā)現(xiàn)空氣樣品的13153I放射性活度為本國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)值的4倍.則一個(gè)13153I核中有個(gè)中子，13153I衰變成13154Xe時(shí)放出的粒子為粒子.至少經(jīng)過天，該空氣樣品中13153I的放射性活度才會(huì)達(dá)到本國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)值.

[TPj55.TIF;Z1，Y][TS(1][JZ][HT5"H]圖9[HT][TS）]

8．（2013•海南物理）如圖9所示，光滑水平面上有三個(gè)物塊A、B和C，它們具有相同的質(zhì)量，且位于同一直線上.開始時(shí)，三個(gè)物塊均靜止，先讓A以一定速度與B碰撞，碰后它們粘在一起，然后又一起與C碰撞并粘在一起，求前后兩次碰撞中損失的動(dòng)能之比.

針對(duì)練習(xí)題答案

1.C

解析：根據(jù)德布羅意物質(zhì)波公式，p=h/λ，如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的波長(zhǎng)相等，則它們的動(dòng)量相等，選項(xiàng)C正確.

2.ADE

解析：根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的強(qiáng)度無關(guān)，Ek與光照射的時(shí)間無關(guān)，Ek與照射光的頻率呈線性關(guān)系，Ek與照射光的波長(zhǎng)有關(guān)，但不是成反比，選項(xiàng)AD正確BC錯(cuò)誤；對(duì)于不同種金屬，若照射光頻率不變，根據(jù)光電效應(yīng)方程，Ek=hν-W，Ek與金屬的逸出功呈線性關(guān)系，選項(xiàng)E正確.

3．C

解析：原子核發(fā)生衰變時(shí)要遵守電荷守恒和質(zhì)量數(shù)守恒的規(guī)律，衰變，放出能量，有質(zhì)量虧損，質(zhì)量不守恒，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.α射線、β射線都是高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流，而γ射線是電磁波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.根據(jù)波爾理論，氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子，選項(xiàng)C正確.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

4．AC

解析：根據(jù)題給裂變反應(yīng)方程，可知上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出，選項(xiàng)A正確；鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生有影響，只有鈾塊體積大于臨界體積時(shí)才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制，鈾核的半衰期不會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，選項(xiàng)C正確D錯(cuò)誤.

5.ACD

解析：20482Pb是23290Th經(jīng)過(232-204)÷4=7次α衰變和6次β衰變后生產(chǎn)的，選項(xiàng)A正確；21684Po是23290Th經(jīng)過(232-216)÷4=4次α衰變和2次β衰變后生產(chǎn)的，選項(xiàng)C正確；22488Ra是23290Th經(jīng)過(232-224)÷4=2次α衰變和2次β衰變后生產(chǎn)的，選項(xiàng)D正確；

6.D

解析：由核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒可知a+b的質(zhì)量數(shù)之和為234，由核反應(yīng)遵循的電荷數(shù)守恒可知a+b的電荷數(shù)為92，所以a+b可能是14054Xe+9438Sr，選項(xiàng)D正確.

7.解析：13153I核中有中子數(shù)為131-53=78；13153I衰變成13154Xe時(shí)質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1，放出的粒子為β粒子.根據(jù)題述在某次檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)空氣樣品的13153I放射性活度為本國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)值的4倍，說明放射性物質(zhì)是安全值的4倍，需要經(jīng)過2個(gè)半衰期即16天，放射性物質(zhì)為原來的1/4，才能達(dá)到本國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)值.

8.解析：設(shè)三個(gè)物塊A、B、C的質(zhì)量均為m，A與B碰撞前A的速度為v，碰撞后的共同速度為v1，AB與C碰撞后的共同速度為v2，由動(dòng)量守恒定律得

mv=(m+m)v1

mv=(m+m+m)v2

設(shè)第一次碰撞中動(dòng)能的損失為ΔE1，第二次碰撞中動(dòng)能的損失為ΔE2，由能量守恒定律得

12mv2=12(m+m)v21+ΔE1

電荷及其守恒定律范文第3篇

1.電荷量：電荷的多少叫做電荷量.符號(hào)：Q 或q單位：庫侖符號(hào)：C.

2.元電荷：電子所帶的電荷量，用e表示，e =1.60×10-19 C.

友情提醒：所有帶電體的電荷量或者等于e，或者等于e的整數(shù)倍.電荷量是不能連續(xù)變化的物理量.最早由美國(guó)物理學(xué)家密立根測(cè)得比荷――電荷的電荷量q與其質(zhì)量m的比值qm，符號(hào)：C/kg.

3.兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷：把用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷，用正數(shù)表示.把用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負(fù)電荷，用負(fù)數(shù)表示.

4. 電荷及其相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.

5.電荷守恒定律：①電荷既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分.②一個(gè)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.友情提醒：第一種表述是對(duì)物體帶電現(xiàn)象規(guī)律的總結(jié)，一個(gè)原來不帶電的物體通過某種方法可以帶電，原來帶電的物體也可以使它失去電性（電的中和），但其實(shí)質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移，電荷的數(shù)量并沒有減少.第二種表述則更具有廣泛性，涵

蓋了包括近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的微觀粒子在變化中遵守的規(guī)律，近代物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由一個(gè)高能光子可以產(chǎn)生一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，一對(duì)正負(fù)電子可同時(shí)湮滅，轉(zhuǎn)化為光子.在這種情況下，帶電粒子總是成對(duì)產(chǎn)生或湮滅，電荷的代數(shù)和不變，即正負(fù)電子的產(chǎn)生和湮滅與電荷守恒定律并不矛盾.

6.三種起電方式的區(qū)別和聯(lián)系

7.接觸起電的電荷分配原則

兩個(gè)完全相同的金屬球接觸后電荷會(huì)重新進(jìn)行分配，如圖1所示. 電荷分配的原則是： 兩個(gè)完全相同的金屬球帶同種

電荷接觸后平分原來所帶電荷量的總和；帶異種電荷接觸后先中和再平分.

8.中性與中和：中性和中和是兩個(gè)完全不同的概念，中性是指原子或者物體所帶的正電荷和負(fù)電荷在數(shù)量上相等，對(duì)外不顯電性，表現(xiàn)為不帶電的狀態(tài).可見，任何不帶電的物體，實(shí)際上其中都帶有等量的異種電荷；中和是指兩個(gè)帶等量異種電荷的物體，相互接觸時(shí)，由于正負(fù)電荷間的吸引作用，電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移，最后都達(dá)到中性狀態(tài)的一個(gè)過程.

解題大秀場(chǎng)

1.元電荷

例1關(guān)于元電荷，下列說法中正確的是

A.元電荷實(shí)質(zhì)上是指電子和質(zhì)子本身

B.所有帶電體的電荷量一定等于元電荷的整數(shù)倍

C.元電荷的值通常取作e=1.60×10-19 C

D.電荷量e的數(shù)值最早是由美國(guó)物理學(xué)家密立根用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的

解析選B、C、D.元電荷是最小電荷量單位，不是指具體的帶電體，所以A錯(cuò)B對(duì)；由美國(guó)物理學(xué)家密立根測(cè)得電子的電量，故C、D對(duì).

2.電荷間的相互作用規(guī)律

例2如圖2所示，a、b、c、d為四個(gè)帶電小球，兩球之間的作用分別為a吸d，b斥c，c斥a，d吸b，則

A.僅有兩個(gè)小球帶同種電荷

B.僅有三個(gè)小球帶同種電荷

C.c、d小球帶同種電荷

D.c、d小球帶異種電荷

解析選B、D.由a吸d，d吸b可知a與b帶同種電荷，且與d帶異種電荷；c斥a，b斥c可知c與a、b帶同種電荷，c與d帶異種電荷.故選B、D.

3.摩擦起電

例3關(guān)于摩擦起電現(xiàn)象，下列說法正確的是

A.摩擦起電現(xiàn)象使本來沒有電子和質(zhì)子的物體中產(chǎn)生電子和質(zhì)子

B.兩種不同材料的絕緣體互相摩擦后，同時(shí)帶上等量異種電荷

C.摩擦起電，可能是因?yàn)槟Σ翆?dǎo)致質(zhì)子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到了另一個(gè)物體而形成的

D.絲綢摩擦玻璃棒時(shí)，電子從玻璃棒上轉(zhuǎn)移到絲綢上，玻璃棒因質(zhì)子數(shù)多于電子數(shù)而顯正電

解析選B、D.摩擦起電實(shí)質(zhì)是由于兩個(gè)物體的原子核對(duì)核外電子的約束能力不相同，因而電子可以在物體間轉(zhuǎn)移.若一個(gè)物體失去電子，其質(zhì)子數(shù)比電子數(shù)多，我們說它帶正電.若一個(gè)物體得到電子，其質(zhì)子數(shù)比電子數(shù)少，我們說它帶負(fù)電.使物體帶電并不是創(chuàng)造出電荷.

4.感應(yīng)起電

例4如圖3所示，有一帶正電的驗(yàn)電器，當(dāng)一金屬球A靠近驗(yàn)電器的小球B（不接觸）時(shí)，驗(yàn)電器的金箔張角減小，則

A.金屬球A可能不帶電

B.金屬球A可能帶負(fù)電

C.金屬球A可能帶正電

D.金屬球A一定帶正電

解析由題意可知驗(yàn)電器是帶電的（因箔片有張角），當(dāng)不帶電的金屬球A靠近驗(yàn)電器的小球B時(shí)，由于感應(yīng)起電，金屬球A會(huì)帶上異種電荷，因異種電荷相吸，所以驗(yàn)電器上帶的電荷會(huì)更多的聚集到小球B上，箔片上聚集的電荷會(huì)減少，故張角減小，A項(xiàng)正確；當(dāng)金屬球A帶負(fù)電時(shí)，同樣因異種電荷相吸，使得箔片上聚集的電荷減少，張角減小，B項(xiàng)正確.

答案A、B

5.接觸起電

例5半徑相同的兩個(gè)金屬小球A、B帶有相等的電荷量，相隔一定的距離，今讓第三個(gè)半徑相同的不帶電的金屬小球先后與A、B接觸后移開.（1）若A、B兩球帶同種電荷，求接觸后兩球的電荷量之比.（2）若A、B兩球帶異種電荷，求接觸后兩球的電荷量之比.

解析（1）若A、B帶同種電荷，設(shè)電荷量為Q，第三個(gè)球與A接觸時(shí)，平分A的電荷量，A剩余電荷量為12Q.再與B接觸，平分二者之和.B最后帶電荷量為12Q+Q2=34Q，則最后A、B電荷量之比為12Q∶34Q=2∶3.

（2）若A、B帶異種電荷，設(shè)A帶電+Q，則最后A帶電+12Q，B最后帶電-Q+12Q2=-14Q，A、B最后電荷量之比為12Q∶14Q=2∶1.

答案（1）2∶3（2）2∶1

6.電荷守恒定律

例6有兩個(gè)完全相同的帶電絕緣金屬小球A、B，分別帶有電荷量為QA=6.4×10-9 C，QB=-3.2×10-9 C，讓兩絕緣金屬小球接觸，在接觸過程中，電子如何轉(zhuǎn)移并轉(zhuǎn)移了多少？

解析在接觸過程中，由于B球帶負(fù)電，其上多余的電子轉(zhuǎn)移到A球，這樣中和A球上的一部分電荷直至B球?yàn)橹行圆粠щ?，同時(shí)，由于A球上有凈余正電荷，B球上的電子會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)移到A球，直至兩球帶上等量的正電荷.

在接觸過程中，電子由球B轉(zhuǎn)移到球A.接觸后兩小球各自的帶電荷量：

QA′=QB′=QA+QB2=6.4×10-9-3.3×10-92 C

=1.6×10-9 C.

共轉(zhuǎn)移的電子電荷量為

ΔQ=-QB+QB′=3.2×10-9 C+1.6×10-9 C

=4.8×10-9 C，

轉(zhuǎn)移的電子數(shù)

電荷及其守恒定律范文第4篇

1.通過建立理想化模型，培養(yǎng)學(xué)生的想象能力。例如：在教學(xué)“質(zhì)點(diǎn)”這一概念時(shí)，我們可以首先通過研究物體的運(yùn)動(dòng)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：由于物體都有形狀和大小，要確定運(yùn)動(dòng)中的物體的位置及其變化，并非是一件容易的事情，從而給予學(xué)生一個(gè)明確的非建立一個(gè)物理模型不可的印象。然后，再從眾多的事例分析中，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)，在某些情況下由于物體的大小和形狀對(duì)我們所研究的現(xiàn)象產(chǎn)生的影響較小，可以忽略不計(jì)，以致能把它看做是一個(gè)無大小、無形狀的點(diǎn)，即質(zhì)點(diǎn)。經(jīng)過這樣的教學(xué)，不僅使學(xué)生掌握了“質(zhì)點(diǎn)”這個(gè)概念。而且使學(xué)生學(xué)會(huì)了認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的最基本的方法，還培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)的想象能力?？v覽整個(gè)中學(xué)物理教材。不難發(fā)現(xiàn)可以采用這種方法進(jìn)行教學(xué)的概念還有：剛體、理想流體、理想氣體、點(diǎn)電荷、電力線、光線等等。

2.通過物理公式的導(dǎo)出過程培養(yǎng)學(xué)生的想象能力。物理學(xué)是一門從科學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)展起來的自然科學(xué)，它的每一個(gè)規(guī)律的建立都是以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的，所以，我們?cè)谕ㄟ^物理公式的導(dǎo)出過程中培養(yǎng)學(xué)生的想象能力的教學(xué)中，務(wù)必要注意兩個(gè)問題：其一，在由實(shí)驗(yàn)得出必要的具體數(shù)據(jù)之后，要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致地分析、研究，總結(jié)出它們的數(shù)值間的關(guān)系(這些關(guān)系一般反映了某一物理規(guī)律的某一個(gè)側(cè)面)；其二，引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)的想象，把上述各個(gè)方面的關(guān)系按其內(nèi)部聯(lián)系綜合出一個(gè)完整的、正確的物理規(guī)律(通常用數(shù)學(xué)語言加以描述)，例如：在推導(dǎo)“歐姆定律”的過程中，我們?cè)谡J(rèn)真測(cè)得一些數(shù)據(jù)之后，應(yīng)提出如下幾個(gè)問題：①電阻不變時(shí)，電流強(qiáng)度與電壓的關(guān)系是怎樣的?②電壓不變時(shí)，電流強(qiáng)度與電阻的關(guān)系是怎樣的?③分析每一次測(cè)出的3個(gè)數(shù)據(jù)能得出什么樣的關(guān)系是怎樣的?④怎樣用字母符號(hào)表示這一關(guān)系?經(jīng)過對(duì)上述四個(gè)問題的解答。學(xué)生一般能獨(dú)立地推導(dǎo)出歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)方式I=U/R。

3.通過對(duì)相關(guān)或相似的物理問題、物理概念、物理規(guī)律之間的比較。培養(yǎng)學(xué)生的想象能力和辯證思維能力，在教學(xué)中把規(guī)律性相同或相似的物理問題、物理概念、物理規(guī)律，運(yùn)用類比的方法進(jìn)行講解，既可消除學(xué)生中所存在的一些錯(cuò)誤和模糊認(rèn)識(shí)，又可以使學(xué)生通過聯(lián)想、比較，產(chǎn)生由此及彼、舉一反三、觸類旁通的效果。從而也能培養(yǎng)學(xué)生的想象能力，此外還有利于學(xué)生們的記憶。教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，常用的歸類比較的做法主要應(yīng)用在以下三個(gè)方面：

(1)對(duì)相關(guān)的物理問題進(jìn)行比較。例如：交直流發(fā)電機(jī)(電動(dòng)機(jī))在機(jī)構(gòu)原理上的比較；液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小求法與計(jì)算物體重力勢(shì)能的比較；物體質(zhì)量的計(jì)算與物體浸入在某液體時(shí)所受浮力大小計(jì)算的比較；幻燈機(jī)成像調(diào)節(jié)(或照相機(jī)成像調(diào)節(jié))與放大鏡成像調(diào)節(jié)的比較；柴油機(jī)工作原理與汽油機(jī)工作原理的比較，等等。

(2)把表達(dá)形式相似而本質(zhì)不同的概念進(jìn)行比較。例如：質(zhì)量與重量；密度與比重，力矩定義式與功的定義式；動(dòng)量與功率，電源電壓與路端電壓：電勢(shì)與電勢(shì)差；靜電場(chǎng)與引力場(chǎng)，電勢(shì)能與重力勢(shì)能；質(zhì)點(diǎn)與點(diǎn)電荷；電力線與磁力線；電壓與水壓等的比較。

(3)把表達(dá)形式或規(guī)律相似而本質(zhì)不同的物理定律、公式進(jìn)行比較；右手定則與左手定則的比較；動(dòng)能(動(dòng)量)定理與機(jī)械能(動(dòng)量)守恒定律的比較；動(dòng)量守恒定律與機(jī)械能守恒定律的比較，等等。

電荷及其守恒定律范文第5篇

1 把握一條線索

電場(chǎng)中有一條線索貫穿整章始終，這就是電場(chǎng)線。電場(chǎng)線是形象、粗略描述電場(chǎng)的一種方式，從它的分布情況可定性地分析場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向、電場(chǎng)力的大小和方向、電勢(shì)的高低等，因此把握電場(chǎng)線及其特點(diǎn)是學(xué)好靜電場(chǎng)的關(guān)鍵。

電場(chǎng)線是一簇假想曲線，它常有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷；②電場(chǎng)線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向；③電場(chǎng)線的疏密程度表示場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱；④電場(chǎng)線不相交也不閉合，也不是客觀存在于電場(chǎng)中的線。

例1 如圖1所示，a、b、c是一條電場(chǎng)線上的三個(gè)點(diǎn)，電場(chǎng)線的方向由a到c，a、b間距離等于b、c間距離。用φa、φb和φc和Ea、Eb、Ec分別表示a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)和電場(chǎng)強(qiáng)度，可以判定（）

A.φa>φb>φc

B.φa-φb=φb-φc

C.Ea>Eb>Ec

D.Ea=Eb=Ec

解析 因?yàn)轭}中只已知一條電場(chǎng)線，無法知道電場(chǎng)線的疏密程度，所以電場(chǎng)強(qiáng)度的大小無法判斷；根據(jù)沿著電場(chǎng)線的方向是電勢(shì)降低最快的方向，可以判斷A選項(xiàng)正確。雖然a、b間距離等于b、c間距離，但只有在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿場(chǎng)強(qiáng)方向相同距離的電勢(shì)差恒定，因此電勢(shì)差的大小也就無法判斷。故本題正確答案應(yīng)為A。

2 掌握兩個(gè)定律

電場(chǎng)中有兩個(gè)基本定律，即電荷守恒定律和庫倉定律。電荷守恒定律是指電荷既不能被創(chuàng)造也不能被消滅，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，系統(tǒng)的電荷代數(shù)和保持不變。庫倉定律是指真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力跟它們的電量成正比，跟它們之間的距離平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，表達(dá)式F=kq1q2r2。這兩個(gè)定律是解決點(diǎn)電荷之間相互作用力問題的依據(jù)，在應(yīng)用時(shí)要注意庫倉定律的適用條件和各物理量的對(duì)應(yīng)性。

例2 已經(jīng)證實(shí)，質(zhì)子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為23e，下夸克帶電為-13e，e為電子所帶電量的大小，如果質(zhì)子是由三個(gè)夸克組成的，且各個(gè)夸克之間的距離都為l（l=1.5×10-15m），試計(jì)算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個(gè)夸克之間的靜電力（庫倉力）。

解析 因?yàn)橘|(zhì)子帶電為+e，所以由電荷守恒定律可知，它一定是由2個(gè)上夸克（電量為2×23e+）和1個(gè)下夸克（電量為-13e）組成的，即滿足2×23e+（-13e）=+e。

按題意可知，三個(gè)夸克必位于邊長(zhǎng)為l的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)處，如圖1所示。這時(shí)上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為：F1=k23e×23el2=49ke2l2

代入數(shù)值解得：F1=46N，并且為斥力。

上夸克與下夸克之間的靜電力為：F2=k13e×23el2=29ke2l2

代入數(shù)值可得：F2=23N，并且為引力。

3 理解三個(gè)概念

電場(chǎng)中的概念較多，但最基本、最重要應(yīng)是電場(chǎng)強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)）、電勢(shì)和電勢(shì)能，這三個(gè)概念必須深刻理解。放入電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力跟它的電量的比值，叫做這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，其定義式為E=Fq（q為試探電荷），電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，其方向與正電荷在該點(diǎn)受力方向相同。電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，等于該點(diǎn)和所選零電勢(shì)間的電勢(shì)差，電勢(shì)是標(biāo)量，具有相對(duì)性，所以與零電勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān)，一般取大地或無窮遠(yuǎn)電勢(shì)為零。電勢(shì)能是指電荷在電場(chǎng)中由電荷和電場(chǎng)的相對(duì)位置所決定的能量，電勢(shì)能是標(biāo)量，它同樣具有相對(duì)性，即電勢(shì)能的大小與電勢(shì)能的零點(diǎn)選取有關(guān)。

例3 如圖所示的是在一個(gè)電場(chǎng)中的a、b、c、d四個(gè)點(diǎn)分別引入檢驗(yàn)電荷時(shí)，電荷所受的電場(chǎng)力F跟引入的電荷電量之間的函數(shù)關(guān)系。下列說法正確的是：（ ）

A.這電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)

B.a、b、c、d四點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小關(guān)系是Ed>Eb>Ea>Ec

C.這四點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小關(guān)系是Eb>Ea>EC>Ed

D.無法比較E值大小

解析 對(duì)某一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，由F=Eq，可知F跟q的關(guān)系圖線是一條過原點(diǎn)的直線，該直線的斜率的大小即表示場(chǎng)強(qiáng)的大小，由些結(jié)合圖象可得出Ed>Eb>Ea>Ec，選項(xiàng)B正確。

例4 某靜電場(chǎng)沿x方向的電勢(shì)分布如圖3所示，則：（）

A.在0-x1之間不存在沿x方向的電場(chǎng)

B.在0-x1之間存在著沿x方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)

C.在x1-x2之間存在著沿x方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)

D.在x1-x2之間存在著沿x方向的非勻強(qiáng)電場(chǎng)

解析 根據(jù)電場(chǎng)線垂直于等勢(shì)線，沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，電場(chǎng)線的切線方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度方向等性質(zhì)和結(jié)論，由圖3可看出0-x1之間電勢(shì)沒有變化，所以不存在沿x方向的電場(chǎng)，選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤。

由圖3看出x1-x2之間在x方向相等距離的電勢(shì)降落相等，即該區(qū)間為勻強(qiáng)電場(chǎng)，所以選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤。

4 明確四對(duì)關(guān)系

電場(chǎng)中必須明確以下四對(duì)重要關(guān)系：

（1）電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，任兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度與該兩點(diǎn)在場(chǎng)強(qiáng)方向上的距離的乘積，即U=Ed（其中d是兩點(diǎn)沿電場(chǎng)線方向上的距離）。

（2）電勢(shì)差與電場(chǎng)力做功的關(guān)系：電荷在電場(chǎng)中兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力所做的功跟移動(dòng)電荷量的比值等于電勢(shì)差，即U=W/q

（3）電勢(shì)能的變化與電場(chǎng)力做功的關(guān)系：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加；且電場(chǎng)力做多少功，電勢(shì)能就變化多少，即W=Δε。

（4）平行板電容器的電容與極板間距離和正對(duì)面積的關(guān)系：平行板電容器的電容與極板間距離和正對(duì)面積的關(guān)系為C=εS4πkd。

例5 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，如圖4中所示分布著A、B、C三點(diǎn)。當(dāng)把一個(gè)電量q=10-5C的正電荷從A沿AB線移到B時(shí)，電場(chǎng)力做功為零；從B移到C時(shí)，電場(chǎng)力做功為-1.73×10-3J。試判斷該電場(chǎng)的方向，算出場(chǎng)強(qiáng)的大小。

解析 將電荷由A移至B時(shí)電場(chǎng)力不做功，說明A、B兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上，又由于是勻強(qiáng)電場(chǎng)，等勢(shì)面為平面，故AB面為一等勢(shì)面；再由將正電荷由B移至C時(shí)克服電場(chǎng)力做功可知，C點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)，場(chǎng)強(qiáng)方向應(yīng)垂直AB向下。

根據(jù)W=qU，可得UBC=WBCq=-1.73×10-310-5=-173V

又由勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差距關(guān)系E=U/d

可得：E=UBCd=1732×10-2×sin60°=1000V/m

例6 傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖所示是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路，那么：（）

A.當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大

B.當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小

C.若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化

D.若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化

解析 當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，減小了極板間距離d，電容C增大，所以選項(xiàng)A正確。若與之相連的電流計(jì)有示數(shù)，這表明有電荷的定向移動(dòng)，說明電容器中有充、放電，所以電容發(fā)生了變化，可知壓力F發(fā)生變化，選項(xiàng)C也正確。

5 熟悉五種電場(chǎng)分布

熟悉以下幾種常見的電場(chǎng)分布，對(duì)有效提高解題速度、拓展思維的廣度等很有幫助，尤其要注意等量同（或異）種電荷的連線中垂線上的場(chǎng)強(qiáng)（在上圖中可直觀看出其定性分布特點(diǎn)）。

6 會(huì)處理帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題

如圖6所示，質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v0射入長(zhǎng)L板間距離為d的平行板電容器間，兩板間電壓為U，則射出時(shí)的側(cè)移y和偏轉(zhuǎn)角為θ：

（1）側(cè)移：y=12(Uqdm)(Lv0)=qUL22mv20d

千萬不要死記公式，要清楚物理過程。根據(jù)不同的已知條件，結(jié)論改用不同的表達(dá)形式（已知初速度、初動(dòng)能、初動(dòng)量或加速電壓等）。

（2）偏角：tanθ=vyv0=qULdmv20，注意到y(tǒng)=L2tanθ，說明穿出時(shí)刻的末速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線交點(diǎn)恰好在水平位移的中點(diǎn)。這一點(diǎn)和平拋運(yùn)動(dòng)的結(jié)論相同。

例8 如圖7所示的真空管中，質(zhì)量為m，電量為e的電子從燈絲F發(fā)出，經(jīng)過電壓U1加速后沿中心線射入相距為d的兩平行金屬板B、C間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，通過電場(chǎng)后打到熒光屏上，設(shè)B、C間電壓為U2，B、C板長(zhǎng)為l1，平行金屬板右端到熒光屏的距離為l2，求：

（1）電子離開勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)的速度與進(jìn)入時(shí)速度間的夾角。

（2）電子打到熒光屏上的位置偏離屏中心距離。

解析 電子在真空管中的運(yùn)動(dòng)過分為三段，從F發(fā)出在電壓U1作用下的加速運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入平行金屬板B、C間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)；飛離勻強(qiáng)電場(chǎng)到熒光屏間的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

（1）設(shè)電子經(jīng)電壓U1加速后的速度為v1，根據(jù)動(dòng)能定理有： eU1=12mv21

電子進(jìn)入B、C間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，在水平方向以v1的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向受電場(chǎng)力的作用做初速度為零的加速運(yùn)動(dòng)，其加速度為：a=eEm=eU2dm

電子通過勻強(qiáng)電場(chǎng)的時(shí)間：t=l1v1

電子離開勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)豎直方向的速度 vy為：vy=at=eU2l1mdv1

電子離開電場(chǎng)時(shí)速度 v2與進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度v1夾角為α（如圖8）則：tgα=vyv1=eU2l1mdv21=U2l12U1d

所以解得：α=arctgU2l12U1d

（2）電子通過勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)偏離中心線的位移：y1=12at2=12eU2dm?l21v21=U2l214U1d

電子離開電場(chǎng)后，做勻速直線運(yùn)動(dòng)射到熒光屏上，豎直方向的位移：y2=l2tgα=U2l1l22U1d

所以電子打到熒光屏上時(shí)，偏離中心線的距離為：y=y1+y2=U2l12U1d(l12+l2)