2024-2025学年高中物理第一章静电场第1节电荷及其守恒定律学案新人教版选修3-1

PAGEPAGE1第1节电荷及其守恒定律1．知道两种电荷及其相互作用．2．了解使物体起电的方式．3．理解电荷守恒定律的内容．4．知道什么是元电荷．一、电荷1．两种电荷：自然界中的电荷只有正负两种电荷．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电．同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引．2．三种起电方式(1)摩擦起电：两个物体相互摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体，于是原来呈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号电荷，远离带电体的一端带同号电荷的现象．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：不带电的物体与带电的物体接触后会带上电荷，这种使物体带电的方式叫做接触起电．二、电荷守恒定律1．内容：电荷既不会创生，也不会歼灭，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．三、元电荷1．电荷量：电荷的多少叫做电荷量，在国际单位制中它的单位是库仑，简称库，用符号C表示．2．元电荷：电子、质子所带的电荷量是科学试验发觉的最小电荷量，这个最小的电荷量叫做元电荷．3．元电荷的值：e＝1．6×10－19__C．4．比荷：电子的电荷量与其质量之比，叫做电子的比荷．判一判(1)两个正电荷之间的作用力为斥力，两个负电荷之间的作用力为引力．()(2)摩擦起电是创建电荷的过程．()(3)玻璃棒和其他物体摩擦后不肯定带正电．()(4)感应起电过程仍符合电荷守恒定律．()(5)元电荷是最小的带电体．()提示：(1)×．两个正电荷或负电荷之间的作用力都为斥力．(2)×．摩擦起电是电子转移的过程，不会创建电荷．(3)√．玻璃棒与丝绸摩擦后带正电，与其他物体摩擦后不肯定带正电．(4)√．三种起电方式的实质都是电荷在不同物体间或同一物体内部发生了转移，电荷的总量不变．(5)×．元电荷是最小的电荷量，不是带电的物体．想一想在我国北方的冬天，天气干燥，当脱掉外衣后再去摸金属门把手时，经常会被电击，这是为什么？提示：脱外衣时，由于摩擦起电，因空气干燥，电荷不会短时间中和，触摸金属门把手时会有放电现象，所以被电击．做一做(多选)一带负电的金属小球放在潮湿的空气中，经过一段时间后，发觉该金属小球上的净电荷几乎不存在了，这说明()A．金属小球上原来的负电荷消逝了B．此过程中电荷不守恒C．金属小球上的负电荷削减是由于潮湿的空气将电子导走了D．该现象是由电子的转移引起，仍遵守电荷守恒定律提示：选CD．依据电荷守恒定律，电荷不能歼灭，也不能创生，只会发生转移，故选项A错误．此过程中电荷仍旧守恒，电荷没有消逝，只是被潮湿的空气导走而已，仍旧遵守电荷守恒定律，故选项B错误．金属小球上的负电荷削减是由于潮湿的空气将电子导走了，故选项C正确．该现象是潮湿的空气将电子导走了，是由电子的转移引起的，仍遵守电荷守恒定律，故选项D正确．对三种起电方式的理解1．三种起电方式的对比摩擦起电感应起电接触起电产生条件两不同绝缘体摩擦时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导体带上与带电体电性相同的电荷微观说明不同物质的原子核对核外电子的约束力不同，摩擦时电子从一物体转移到另一物体导体中的自由电子受到带电体对它的排斥(或者吸引)，而移向导体的远端(或者近端)电荷间的相互作用，使得自由电子在带电体和导体上转移，且重新分布实质均为电荷在物体之间或物体内部的转移2．感应起电的推断方法(1)当一个带电体靠近导体时，产生静电感应现象，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．(2)凡是遇到接地问题时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端物体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷．命题视角1对摩擦起电的理解(多选)关于摩擦起电现象，下列说法正确的是()A．摩擦起电现象使原来没有电子和质子的物体中产生了电子和质子B．两种不同材料的绝缘体相互摩擦后，同时带上等量异号电荷C．摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而造成的D．丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电[解析]摩擦起电的实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚实力不相同，因而电子可以在物体间转移．若一个物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电；若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电．[答案]BD命题视角2对感应起电的理解和推断使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片会张开．下列各图表示验电器上感应电荷的分布状况，正确的是()[解析]带电的金属球靠近不带电的验电器时，在验电器上感应出电荷，验电器的顶端带上了与金属球相异的电荷，金属箔片带上了与金属球相同的电荷，选项B正确．[答案]Beq\a\vs4\al()静电感应中导体接地问题的分析方法静电感应现象遵循基本电学规律，犹如种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引以及电荷守恒定律．其中关于静电感应中的导体接地问题，详细有以下几种状况：(1)如图甲所示，当带正电的带电体C靠近不带电的导体A、B时，假如导体不接地，由于静电感应，靠近C的A带负电，远离C的B带等量的正电．(2)如图乙所示，当B接地时，在导线的连接下，导体A、B和大地组成了一个大导体，这时近端为A，而远端为大地．由于静电感应，A带负电，而B原来感应出的正电荷被从大地流来的负电荷(即电子，这里要留意，并非正电荷流入了大地)中和了，所以B不带电．(3)如图丙所示，假如是A接地，导体A、B和大地还是组成一个大导体．新的导体仍旧是A离带电体C最近，大地离C最远(这里很简单错误地认为近端为B)．由于静电感应，A仍旧带负电，B不带电．丙(4)假如(2)(3)两种状况不是接地，而是改为用手触摸A或B，则结果相同．【题组突破】1．(多选)(2024·山东东营三校联考)关于电现象，下列说法中正确的是()A．感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程B．带电现象的本质是电子的转移，中性物体得到多余电子就肯定带负电，失去电子就肯定带正电C．摩擦起电是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量异种电荷D．当一种电荷出现时，必定有等量异种电荷出现，当一种电荷被中和时，必定有等量异种电荷同时被中和解析：选ABD．感应起电是电荷从物体的一部分转移到另一部分，而摩擦起电是电荷从一个物体转移到另一个物体，但相互摩擦的两个物体并不肯定带等量异种电荷，故A正确，C错误；由电荷守恒定律可知D正确；中性物体得到多余电子带负电，失去电子带正电，B正确．2．如图所示，把一个不带电的枕形导体靠近带正电的小球，由于静电感应，在a、b两端分别出现负、正电荷，则以下说法正确的是()A．闭合开关S1，有电子从枕形导体流向大地B．闭合开关S2，有电子从枕形导体流向大地C．闭合开关S1，有电子从大地流向枕形导体D．闭合开关S2，没有电子通过开关S2解析：选C．在S1、S2都闭合前，对枕形导体，它的电荷是守恒的，a、b出现等量负、正电荷．当闭合开关S1、S2中的任何一个以后，便把大地与导体连通，使大地也参加了电荷转移，因此，导体本身的电荷不再守恒，而是导体与大地构成的系统中电荷守恒，由于静电感应，a端仍为负电荷，大地远处应感应出正电荷，因此无论闭合开关S1还是开关S2，都应有电子从大地流向导体，故C选项正确．对电荷守恒定律的理解与应用1．物体带电的实质：使物体带电不是创建了电荷，使物体不带电也不是歼灭了电荷．物体带电的实质是电荷发生了转移，也就是物体间电荷的重新安排．摩擦起电、感应起电和接触起电，均符合电荷守恒定律．2．应用电荷守恒定律分析接触起电现象中电荷量的安排(1)导体接触起电时电荷量的安排与导体的形态、大小有关．完全相同的金属球接触时，电荷量平均安排；形态、大小不同的导体接触时电荷量不能平均安排．无论哪种状况，接触前后电荷总量不变．(2)完全相同的金属球接触起电时电荷量的安排状况．①用电荷量为Q的金属球与不带电的金属球接触后，两小球所带的电荷量相等，电性与原带电金属球相同．②用电荷量为Q1的金属球与电荷量为Q2的金属球接触，若两球带同种电荷，则每个小球所带的电荷量均为总电荷量的一半，即Q1′＝Q2′＝eq\f(Q1＋Q2,2)，电性与两球原来所带电荷的电性相同；若两球带异种电荷，接触后先中和等量的异种电荷，剩余电荷量平均安排，电性与接触前带的电荷量大的金属球的电性相同．命题视角1对元电荷的理解关于元电荷，下列说法中不正确的是()A．元电荷实质上是指电子和质子本身B．全部带电体的电荷量肯定等于元电荷的整数倍C．元电荷的值通常取e＝1．60×10－19CD．电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根用试验测得的[解析]元电荷是最小的电荷量，不是某种电荷，其值通常取e＝1．60×10－19C，A错误，C正确；带电体的电荷量不连续，所以带电体的电荷量肯定等于元电荷的整数倍，B正确；最早测出电荷量e数值的科学家是美国的科学家密立根，D正确．[答案]A命题视角2接触带电的电量安排问题有两个完全相同的带电绝缘金属球A、B，分别带有电荷量QA＝6．4×10－9C，QB＝－3．2×10－9C，让两绝缘金属球接触．在接触后，A、B带电荷量各是多少？此过程中电子如何转移？转移了多少个电子？[思路点拨][解析]由于QA＝6．4×10－9C，QB＝－3．2×10－9C，依据电荷均分规律，两球接触时带电量相同：Q′A＝Q′B＝eq\f(QA＋QB,2)＝1．6×10－9C．两球接触时，自由电子由B向A转移，转移的个数：n＝eq\f(QA－Q′A,e)＝eq\f(（6．4－1．6）×10－9,1．6×10－19)(个)＝3．0×1010(个)．[答案]均为1．6×10－9C自由电子由B向A转移3．0×1010个【题组突破】1．爱护学问产权，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甚至给我们的学习带来隐患．小华有一次不当心购买了盗版的物理参考书，做练习时，他发觉有一个关键数字看不清，拿来问老师，假如你是老师，你认为可能是下列几个数字中的()A．6．2×10－19C B．6．4×10－19CC．6．6×10－19C D．6．8×10－19C解析：选B．电荷量必需是元电荷e＝1．60×10－19C的整数倍，6．4×10－19C是e的4倍，故看不清的关键数字可能是B项．2．半径相同的两个金属小球A、B带有相同的电荷量，相隔肯定的距离，今让第三个半径相同的不带电金属小球C，先后与A、B接触后移开．(1)若A、B两球带同种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？(2)若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？解析：(1)设A、B带同种电荷为q，则A、C接触后，A、C带电量为qA′＝qC′＝eq\f(1,2)q．C与B球接触后，B、C带电量为qB′＝qC″＝eq\f(q＋\f(1,2)q,2)＝eq\f(3,4)q．故A、B带电荷量大小之比为eq\f(qA′,\a\vs4\al(qB′))＝eq\f(\f(1,2)q,\f(3,4)q)＝eq\f(2,3)．(2)设qA＝＋q，qB＝－q，则C与A接触后，A、C带电量为qA′＝qC′＝＋eq\f(1,2)q．C与B接触后，B、C带电量为qB′＝qC″＝eq\f(\f(1,2)q－q,2)＝－eq\f(1,4)q，故A、B带电荷量大小之比为eq\f(qA′,\a\vs4\al(qB′))＝eq\f(\f(1,2)q,\f(1,4)q)＝eq\f(2,1)．答案：(1)2∶3(2)2∶1[随堂检测]1．(2024·高考浙江卷改编)如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触．把一带正电荷的物体C置于A旁边，贴在A、B下部的金属箔都张开，()A．此时A带正电，B带负电B．此时A、B都带正电C．移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合D．先把A和B分开，然后移去C，贴在A、B下部的金属箔都闭合解析：选C．将一带正电荷的物体C置于A旁边，由于静电感应，此时A带负电，B带正电，则A、B错误；移去C，由于A、B中正、负电荷中和，则贴在A、B下部的金属箔都闭合，C正确；先把A和B分开，然后移去C，此时A带负电，B带正电，贴在A、B下部的金属箔都张开，则D错误．2．(高考江苏卷)静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，《春秋纬·考异邮》中有“玳瑁吸”之说，但下列不属于静电现象的是()A．梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B．带电小球移至不带电金属球旁边，两者相互吸引C．小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流D．从干燥的地毯上走过，手遇到金属把手时有被电击的感觉解析：选C．用塑料梳子梳头发时相互摩擦，塑料梳子会带上电荷吸引纸屑，选项A属于静电现象；带电小球移至不带电金属球旁边，由于静电感应，金属球在靠近带电小球一端会感应出与带电小球异号的电荷，两者相互吸引，选项B属于静电现象；小线圈接近通电线圈过程中，由于电磁感应现象，小线圈中产生感应电流，选项C不属于静电现象；从干燥的地毯上走过，由于摩擦生电，当手遇到金属把手时瞬时产生较大电流，人有被电击的感觉，选项D属于静电现象．3．(多选)用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，试验结果如图所示，由此对摩擦起电的说法正确的是()A．两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子B．两个物体摩擦起电时，肯定同时带上种类及数量不同的电荷C．两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等D．同一物体与不同种类物体摩擦，该物体的带电荷种类可能不同解析：选CD．两物体摩擦时得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小，A错；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类肯定不同，数量相等，B错，C对；由题中例子不难看出同一物体与不同种类物体摩擦，带电荷种类可能不同，D对．4．(多选)(2024·济宁高二月考)如图所示，把架在绝缘支架上的不带电的枕形导体放在带负电的导体C旁边，导体的A端感应出正电荷，B端感应出负电荷，关于使导体带电的以下说法中正确的是()A．假如让手摸一下导体的B端，B端负电荷将经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，导体将带正电B．假如让手摸一下导体的A端，大地的自由电子将经人体流入导体与A端的正电荷中和，手指离开，移去带电体C，导体带负电C．假如用手摸一下导体的中间，由于中间无电荷，手指离开，移去带电体C，导体不带电D．无论用手摸一下导体的什么位置，导体上的自由电子都经人体流入大地，手指离开，移去带电体C，导体带正电解析：选AD．无论用手摸一下导体的什么位置，都会使枕形导体通过人体与大地相连，由于静电感应，导体上的自由电子将经人体流入大地，使得导体带正电，手指离开，移去带电体C，导体所带正电不变．[课时作业][学生用书P109(单独成册)]一、单项选择题1．如图是伏打起电盘示意图，其起电原理是()A．摩擦起电 B．感应起电C．接触起电 D．以上三种方式都不是解析：选B．导电平板靠近带电的绝缘板并接地时，导体与大地发生静电感应，使导电平板带上负电荷，故选项B正确．2．用毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球a，然后用手指瞬间接触一下金属杆后拿开橡胶棒，这时验电器小球a和金箔b的带电状况是()A．a带正电，b带负电B．a带负电，b带正电C．a、b均带正电D．a、b均不带电解析：选C．毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，靠近验电器金属小球a，发生静电感应，用手指接触金属杆的瞬间，电子从金属杆转移到地球上，故拿开橡胶棒后，小球a和金箔b都带正电，C正确．3．下列叙述正确的是()A．摩擦起电是创建电荷的过程B．接触起电是电荷转移的过程C．玻璃棒无论和什么物体摩擦都会带正电D．带等量异号电荷的两个导体接触后，电荷会消逝，这种现象叫电荷的湮灭解析：选B．摩擦起电是电子转移的过程，不会创建电荷，A错误；接触起电是电荷在不同导体间转移的过程，B正确；玻璃棒与其他物体摩擦后可能带正电，也可能带负电，C错误；带等量异号电荷的两个导体接触后，电荷会在导体间重新安排，整个导体显示中性，这种现象叫电荷的中和，D错误．4．绝缘细线上端固定，下端挂一轻质小球a，a的表面镀有铝膜；在a旁有一绝缘金属球b，起先a、b都不带电，如图所示，现使b带电，则()A．b将吸引a，吸住后不放开B．b先吸引a，接触后又把a排斥开C．a、b之间不发生相互作用D．b马上把a排斥开解析：选B．b球带电后，使a产生静电感应，感应的结果是a靠近b的一侧出现与b异种的感应电荷，远离b的一侧出现与b同种的感应电荷．虽然a上的感应电荷等量异号，但因为异种电荷离b更近，所以b对a有吸引力，当b吸引a使两者接触后，由于接触带电，b、a又带上同种电荷，有斥力作用，因而又把a排斥开，所以B正确．5．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成．u夸克带电荷量为eq\f(2,3)e，d夸克带电荷量为－eq\f(1,3)e，质子的带电荷量为e，中子不带电．下列说法正确的是()A．质子是由一个u夸克和一个d夸克组成，中子是由一个u夸克和两个d夸克组成B．质子是由两个u夸克和一个d夸克组成，中子是由一个u夸克和两个d夸克组成C．质子是由一个u夸克和一个d夸克组成，中子是由两个u夸克和两个d夸克组成D．质子是由两个u夸克和一个d夸克组成，中子是由两个u夸克和两个d夸克组成解析：选B．依据质子的带电荷量为e，所以质子是由两个u夸克和一个d夸克组成，2×eq\f(2,3)e－eq\f(1,3)e＝e；中子不显电性，所以中子是由一个u夸克和两个d夸克组成，eq\f(2,3)e－2×eq\f(1,3)e＝0．故选项B正确．6．如图所示，放在绝缘支架上带正电的导体球A，靠近放在绝缘支架上不带电的导体B，导体B用导线经开关接地，现把开关先合上再断开，再移走A，则导体B()A．不带电 B．带正电C．带负电 D．不能确定解析：选C．开关S合上时，导体B与地球变为一个整体，导体B为近端物体，地球为远端物体，故导体B带上负电，开关S断开，导体所带负电荷无法与地球上的电荷中和，所以移走A后，导体B上仍旧带负电，选项C正确．二、多项选择题7．如图所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两个导体球起先时相互接触且对地绝缘，下列方法中能使两球都带电的是()A．先把两球分开，再移走棒B．先移走棒，再把两球分开C．使棒与甲球瞬时接触，再移走棒D．先使乙球瞬时接地，再移走棒解析：选ACD．本题考查了感应起电和接触起电，关键是驾驭如何使物体带电．当带负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球时，由于静电感应，甲球感应出正电荷，乙球感应出负电荷，把两球分开后，它们带上了等量异种电荷，所以A正确；若先将棒移走，则两球上原先感应出的异种电荷会马上中和，这时再分开两球，两球均不会带电，B错误；使棒与甲球接触，则两球会因接触而带上负电荷，所以C正确；若使乙球瞬时接地，则大地为远端，甲球为近端，由于静电感应甲球带正电，负电荷流入大地，再将棒移走，因为甲、乙是接触的，所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上，结果使两球都带上了正电荷，所以D正确．8．如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体，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时，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上的金属箔片闭合解析：选AB．虽然A、B起初都不带电，但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用，使A、B中的自由电子向左移动，使得A端积累了负电荷，B端积累了正电荷，其下部贴有的金属箔片因为接触起电，也分别带上了与A、B同种的电荷．由于同种电荷间的斥力，所以金属箔片都张开，A正确．C在A、B旁边时，先把A、B分开，A、B上的电荷因受C中电荷的作用力不行能中和，因而A、B仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走C，因A、B已经分开，所带电荷量也不能变，金属箔片仍张开，B正确．假如先移走C，A、B上的感应电荷会立刻在其相互之间的库仑力作用下吸引中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错．先把A、B分开，再移走C，A、B仍旧带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷完全中和，箔片都不会张开，D错．9．如图所示，在真空中，把一个中性的绝缘导体M向带负电的球P渐渐靠近的过程中，下列说法中正确的是()A．M两端的感应电荷越来越多B．M两端的感应电荷是同种电荷C．M两端的感应电荷是异种电荷D．M两端的感应电荷的电荷量相等