高考物理主题1静电场1电荷及其守恒定律学案

1电荷及其守恒定律

［学科素养与目标要求］

物理观念：1.知道自然界中的两种电荷及三种起电方式.2.掌握电荷守恒定律.3.知道电荷量

及元电荷的概念.

科学探究：了解验电器的构造、原理，并借助验电器感受摩擦起电、感应起电的过程.

科学思维：通过对原子结构模型的学习使学生明确物体带电的木质，知道三种带电方式的实

质是相同的.

自主预习-------------------------预习新知夯实基础

一、电荷及起电方式

(1)电荷的分类：正电荷和负电荷.

用丝绸摩擦过的玻璃棒带亚电，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负9

(2)电荷间的相互作用：同种电荷相互姬，异种电荷相互则.

2.摩擦起电：当两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转搂到另一个

物体，于是原来呈电中性的物体由于得到电子而带鱼电，失去电子的物体则带正电.

3.感应起电：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星号电荷，远离带电体的一端带同号静电

感应使金属导体带电的过程叫做感应起电.

二、电荷守恒定律和元电荷

1.电荷守恒定律；电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另•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.电荷守恒定律另•表述是：•个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变.

3.元电荷：最小的电荷量叫做元电荷,用或者是。的整数的元电荷e的数值最早是由

美国物理学家密立根测得的,在我们的计算中，可取6=1.60X10%

。即学即用

1.判断下列说法的正误.

(1)用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为正电荷从丝绸转移到玻璃棒I-.(X)

(2)摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程.(J)

(3)原来不带电的丝绸和玻璃棒相互摩擦后分别带上了异种电荷，说明通过摩擦可以创造电

荷.(X)

(4)某一带电体的电荷量可能等于5X10气.(X)

。靠近不带电的枕形导体力氏如图1所示，4端将带电，6端将带—电.

CAB

0C)

图1

答案负正

I重点探究-------------------------------------------启迪思维探究重点

一、对三种起电方式的理解

叵导学探究

(1)如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体1和氏使它们彼此接触.起初它们不带电，贴在

下部的金属箔片是闭合的.

AB

心A

①把带正电荷的物体。移近导体力，金属箔片有什么变化？

②这时把力和月分开，然后移去乙金属箔片又有什么变化？

③再让A和〃接触，又会看到什么现象？

(2)带正电的物体力与不带电的物体“接触，使物体6带上了什么电荷？在这个过程中电荷是

如何转移的？

答案(1)①。移近导体力，两侧金属箔片都张开：

②金属箔片仍张开，但张角变小：

③力、〃接触，金属箔片都闭合.

(2)正电荷，在这个过程中，有电子从物体4转移到物体人物体8中电子数量减少，因此带

正电.

知识深化

三种起电方式的比较

摩擦起电感应起电接触起电

导体两端出现等量导体带上与带电体同

现象两物体带上等量异种电荷

异种电荷性的电荷

不同物质原了•核对电了•的电了在电荷间相互在电荷间相互作用

原因

束缚能力不同.束缚能力作用下发生转移，下，电子从一个物体

强的得电子,带负电;束近端带异种电荷，转移到另一个物体上

缚能力弱的失电子，带正远端带同种电荷

电

实质电荷在物体之间或物体内部的转移

说明无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移.

【例1】（多选）关于摩擦起电现象，下列说法正确的是（）

B.两种不同材料的不带电的绝缘体互相摩擦后，同时带上等量异种电荷

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形成的

D.丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒网质子数多于电子数而显正电

答案BI）

解析摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的束缚能力不相同，因而电子可以

在物体间转移.若一个不带电的物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电;

若一个不带电的物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电.使物体带电并不

是创造出电荷.

【例2】（多选）如图2所示，力、8为相互接触并用绝缘支柱支持的金属导体，起初都不带电，

在它们的下部贴有金属箔片，，是带正电的小球，下列说法正确的是（）

图2

。移近导体/I时，力、4上的金属箔片都张开

。移近导体力，先把尔夕分开，然后移去。，从8上的金属箔片仍张开

C移近导体凡先把。移走，再把力、8分开，A.6上的金属箔片仍张开

。移近导体力，先把力、8分开，再把。移走，最后重新让力、6接触，力上的金属箔片张开，

而4上的金属箔片闭合

答案AB

解析/I、〃开始都不带电，把。移近导体/时，由于静电感应使/、4中的自由电子向左移

动，使得4端带负电荷，刃、3分开，再移走。，力、〃仍然带电，但重新让月、〃接触后，力、

8上的感应电荷完全中和，金属箔片C,力、外上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以金

属箔片都不会张开，C错误.

L总结提升

(1)若力、斤两球带同种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？

(2)若月、4两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多大？

答案0)2：3(2)2：1

解析⑴设力、〃带电荷量均为白则4。接触后，/、6•带电荷量为s=g，=gq

q+或3

。与6接触后，8、。所带电荷量为=---=-q.

1

5。9

故月、4带电荷量大小之比为2=丁=*

33

不

(2)设月带正电，4带负电，且所带电荷量大小均为Q

则C与月接触后，力、。带电荷量为=鼐"=+]。.

。与6接触后，B、。带电荷量为

,2Q-0]

电=Q<=-^―=—<2.

*2

故从8带电荷量大小之比为|好|

【例4】放在绝缘支架上的两个完全相同的金属小球力、“分别带有电荷量。产6.4X10-9g@

=-3.2X10-9。，让两个金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移？转移了多少个？

答案电子由8球转移到力球3.0X1010个

解析两小球接触时，电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正目荷再重新分配，由于两小球

完全相同，剩余正电荷一定平分，即接触后两小球带电荷量〃=QJ="4=

6.4Xl()T—3.2X1CT

€=1.6X10-9C

2

在接触过程中，电子由4球转移到力球，自身的净电荷全部中和后，继续转移，使6球带QJ

的正电，这样共转移的电荷量为

△-a=l.6X10-9C-i-3.2X10-9C)

=4.8X10-9C

则转移的电了•数

告修鼬—。(个).

［学科素养］通过例3、例4的学习，使学生进一步掌握电荷守恒定律及其相关应用，知道

两个完全相同的金属球接触后将平分电荷，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学

科素养.

三、验电器的原理和使用

验电器的两种应用方式及原理

(1)带电体接触验电器：当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有•部分电荷转移到验

电器匕与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开.如图4甲.

(2)带电体靠近验电器：当带电体靠沂验电器的金属球时,带电体会使验电器的金属球感应出

异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷(感应起电)，两箔片在斥力作用卜张开，如图乙.

甲乙

图4

m51如图5所示，用起电机使金属球力带负电，靠近验电器〃的金属球，则()

A.验电器的金属箔片不张开，因为球A没有和6接触

B.验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电

C.验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电

D.验电器的金属箔片张开，因为验电器下部的两金属箔片都带一了负电

答案D

解析带负电的球力靠近验电器夕的金属球，根据电荷“同性斥，异性吸”的特点知，验电

器金属球上的电子会被球上的负电荷排斥到验电器下端箔片.二，则金属杆下端的两箔片就

会因带负电荷而相斥，箔片张开，故选D.

达标检测检测评价达标过关

1.（对三种起电方式的理解）（多选）下列说法中正确的是（）

A.静电感应不是创造电荷，只是电荷从物体的一部分转移到另一部分

B.摩擦起电时，一个电中性物体失去一些电子而带正电，另一个电中性物体得到这些电子而

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

答案ABC

2.（感应起电）（多选）（2018•济宁市高二月考）如图6所示，把置于绝缘支架上的不带电的枕

形导体放在带负电的导体C附近，导体的力端感应出正电荷，8端感应出负电荷.关于使导体

带电的以下说法中正确的是（）

图6

“端，〃端自由电子将经人体流入大地，手指离开，移去带电体C,导体带正电

/端，大地的自由电子将经人体流入导体与力端的正电荷中和，手指离开，移去带电体G导

体带负电

C.如果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G导体带正电

答案AD

解析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，使得导体带止电，手指离开，移去带电体C,导

体带正电，故选A、D.

3.（验电器的原理）如图7所示，用丝绸摩擦过的玻璃棒和验电器的金属球接触，使验电器的

金属箔片张开，关于这一现象，下列说法正确的是（）

图7

D.将玻璃棒移走，则金属箔片立即合在•起

答案C

解析用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，若将其接触验电器的金属球，此时两个箔片上均带正

电荷：在此过程中，一部分电子会从验电器向玻嘀棒转移：移走玻璃棒后，箔片仍带电，不

会立即合在一起,选项C正确.

4.（电荷守恒定律的应用）有三个相同的金属小球力、B、C,其中小球力带有2.0X107（：的正

电荷，小球从C不带电，现在让小球。先与球/接触后取走，再让小球8与球力接触后分开，

最后让小球4与小球C接触后分开，最终三球的带电荷量分别为q/=C,

Qit=C»Qc=C.

答案5X10-67.5x10-67,5x10-6

解析小球C先与球力接触后平分A的电荷，则s=s=S=L0X10一（，再让小球8与球A

接触后分开，则”=片系=5义10飞；最后让小球3与小球C接触后分开，则/=qe，

=空手=7.5X10—

I课时对点练-----------------------------------------注重双基强化落实

一、选择题

考点一电荷量与无电荷

1.关于对元电荷的理解，下列说法正确的是（）

答案c

2.（多选）关于电荷量，以卜•说法正确的是（）

C.物体带电荷量的最小值为1.6X10-9C

D.若物体带正电荷，电荷量为1.6X10公，这是因为物体失去了LOX1（T个电子

答案BD

解析物体所带的电荷量不能为住怠值，只能为兀电荷的整数倍，故A错误，B止确.物体带

电荷量的最小值与电子的电荷量数值相等，为1.6X10-wc,故c错误.

物体带电荷量为1.6X10-%,说明物体失去了1.0X10」个电子,故D正确.

1.OUX1U

考点二三种起电方式

3.（2018♦佛山一中高二段考）下列有关摩擦起电的说法正确的是（）

D.等量的正、负电荷可以中和，说明电荷可以被消灭

答案B

4.如图1所示，在感应起电中，带负电小球〃靠近带绝缘底座的导体.MV时，"处将（）

图1

答案A

解析这是感应起电，当带负电小球靠近带绝缘底座的导体时.，同种电荷相互排斥，异种电

荷相互吸引，左端的负电荷受到排斥力运动到右侧，所以内处带正电，0处带负电，故A正确.

5.（2018♦南通中学高二检测）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的旁边有一-绝缘金属球）开始时a、6都不带电，如图2所示，现使〃带电，则（）

图2

A.6将吸引热吸住后不放

先吸引a,接触后又把a排斥开

C.&〃之间不发生相互作用

D.6立即把a排斥开

答案B

解析带电物体能够吸引轻小物体，故6会将a球吸引过来，a与6接触后，带同种电荷而

分开，由此可知，故B正确，A、C、I）错误.

6.如图3所不，把一个不带电的枕形导体罪近带止电的小球，由r静电感应，在4〃两端分

别出现负、正电荷，则以下说法正确的是（）

^-5

\s,\s2

11

图3

H有电子从枕形导体流向大地

2,有电子从枕形导体流向大地

H有电子从大地流向枕形导体

2,没有电子通过开关S2

答案c

解析当闭合开关&、&中的任何一个以后，便把大地与导体连通，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S”还是开关S2,都应有电子从大

地流向导体，故C选项正确.

考点三验电器及其原理

7.使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的金属箔片张开，如图表示验电器上感应电

荷的分布情况，正确的是（）

答案B

解析把带电金属球移近不带电的验电器，会改变验电器上的弓荷分布；由于电荷间同性相

斥、异性相吸，使得验电器上靠近带电金属球的一端和其电性相反，而远离带电金属球的一

端和其电性相同，故选项B正确.

8.（2018•宿迁市沐阳县高二期中）如图4所示，有•带正电的验电器，将不带电的金属球/I

接触验电器的小球4时，验电器的金箔张角（）

图4

A.变大

C.不变D.先变小，后变大

答案B

解析有一带正电的验电器，将不带电的金属球力接触验电器的小球8时，金属球力将带正

电，根据电荷守恒定律有，验电器的电荷减小，验电器的金箔张角减小，故B正确，A、C、D

错误.

考点四电荷守恒定律的应用

9.（多选）/和8都是不带电的物体,佗们耳相摩擦后/带负电荷1.6X10-%,下列判断中正

确的是（）

/和的内部净电荷量为零

1转移到了6

C"在摩擦过程中一定得到了IX10"个电子

D.A在摩擦过程中一定失去了1.6X10',9C电子

答案AC

10.如图5所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近的带正电的导体球，若用

绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，导体分为从8两部分，这两部分所带电荷量的数值分

别为Q、d，则下列结论正确的是（）

图5

，切开，力带负电，〃带正电，且

。切开，才有力带正电，4带负电，且。=岫

a切开，力带正电，6带负电，且QVQ,

D.沿任意一条虚线切开，都有力带正电，6带负电，且

答案D

解析导体原来不带电，在带正电的导体球C静电感应的作用二，导体中的自由电子向4部

分转移，使“部分有了多余的电子而带负电；月部分少了电子而带正电.根据电荷守恒定律，

/部分移走的电子数目和夕部分多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两

部分的电荷量总是相等的，故只有D正确.

11.目前普遍认为，原子核中的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的，

21

u夸克带电荷量为+鼻&d夸克带电荷量为一鼻ae为元电荷.下列论断中可能正确的是（)

JJ

A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成

B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成

C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成,中子由2个u夸克和1个d夸克组成

D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成

答案B

解析质子带一个单位正电荷，中子不带电，设质子中u夸克、d夸克个数分别是X、必X、

21

y取正整数，